大阪大学大学院理学研究科の仲井文明助教と桂木洋光教授、島根大学の大槻道夫教授、京都産業大学の齊藤国靖教授の研究グループは、粒が規則正しく並んだ結晶が力を受けて壊れる直前に、特定の方向の波の振動が一斉にやわらかくなり（低周波になり）、音の伝わり方が通常の固体と異なる異常な状態が現れることを理論的に明らかにしました。
砂や粉のような粒の集まり（粉粒体）も、きれいに並べると強い結晶になります。しかし、この結晶に力を加えて壊れる直前、内部で何が起きているのかは分かっていませんでした。
今回、研究グループは、マクロな粒々から成る完全結晶をゆっくりとせん断変形し、壊れる直前の状態を、結晶内部の振動に注目して詳しく調べました。その結果、壊れる直前には、特定の2つの方向に沿って多くの振動（フォノン）が一斉にやわらかくなる（小さな力で大きく揺れる）ことを発見しました。さらに、ふつうの固体では、波長が十分に長い音は、波の細かさによらず同じ速さで伝わるのに対し、壊れる直前の結晶では、ある向きに沿って細かい波よりもゆるやかな波のほうが遅く伝わるという異常な性質が現れることを、数式で導きました。
この成果は、粉粒体やコロイド系など、粒が規則正しく並んだ材料がいつ・どのように壊れ始めるのかを理解し、予測するための基礎になると期待されます。
本研究成果は、米国科学誌「Physical Review E」に、8月27日（木）午前0時（日本時間）に公開されました。

波数空間という波を整理した「地図」の上に見える、やわらかさ（＝小さな力でどれだけ大きく揺れるか）の分布。中心からの向きが波の進む向きを、中心からの距離が波の細かさを表し、色がやわらかさを表す（黄色ほどやわらかい）。変形を加える前（左）は、中心のまわりだけがやわらかい。壊れる直前（右）では、やわらかい領域が二つの向きに沿って細長く伸び、「十字形」に広がる。

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• 大阪大学大学院理学研究科 宇宙地球科学専攻 ソフトマター地球惑星科学グループ
• 仲井文明 助教　個人HP　https://fumiaki-nakai.net/ja/index.html

〈共同リリース機関HP〉

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