ガラスは古くから我々の生活に利用され続け、欠かせない材料の一つとなっているが、原料の液体を急冷して作製されるために、その構造は、原子配列の規則性を失っている。高い構造秩序を有したガラスの合成は、材料開発の新しい基軸となることが期待されるが、これまで乱れた原子配列を持つガラスの構造研究は困難とされ、その構造制御が立ち遅れてきた。

　今回、本研究者らは、大型放射光施設SPring-8をはじめとする量子ビーム施設を利用した実験から、1200℃かつ7.7万気圧という高温・高圧下においてシリカ（SiO2）ガラスを合成すると、現在までに報告されているガラスの中で最も間隔が揃っている、すなわち世界一構造秩序のあるガラスができあがることを発見した。最先端のトポロジカル解析により、ガラスのもつ原子のリング構造が高温での圧縮によって変形しつつ形成されることで、原子配列が秩序化されるというメカニズムも突き止めた。

　また、世界一構造秩序のあるガラスの原子の動きを測定したところ、同じ組成・密度の室温で合成された構造秩序がないガラスとは異なることがわかり、ガラスの原子の動き方が構造秩序によっても大きく影響を受けることを見出した。

　今回得られた知見から、温度と圧力を駆使したガラスの構造制御への道が切り拓かれ、今後は新規高屈折率ガラスや高強度ガラス、高性能光ファイバーの合成に向けた応用が期待される。

　本研究チームには京都大学のほか、物質・材料研究機構、バース大学、早稲田大学、東京工業大学、岐阜大学、弘前大学、東京大学、琉球大学、ラウエ・ランジュヴァン研究所、筑波大学、オークリッジ国立研究所、ラザフォードアップルトン研究所、理化学研究所、ノルウェー科学技術大学、産業技術総合研究所、立命館大学、高輝度光科学研究センターが名を連ねており、国内外の多くの研究者の力によって成果が得られた。

論文情報：【NPG Asia Materials】Structure and properties of densified silica glass: Characterizing the order within disorder