도쿄대학의 다나카 하시 교수, 루이시(Rui Shi) 특임 연구원의 연구 그룹은 지구상에 액체·고체로서 가장 풍부하게 존재하는 물과 실리카의 유사성과 차이에 대해 연구를 실시해, 그 물리적인 기원의 해명에 성공했다.
물과 실리카는 모두 국소적으로 사면체 구조를 형성하기 쉽고, 온도 냉각시에 밀도가 최대가 되는 온도가 존재하는 등, 유사한 물성을 나타낸다.한편, 물은 매우 유리가 되기 어렵지만, 실리카(유리제품의 주성분)는 용이하게 유리 상태가 된다.이러한 유사성과 차이점이 존재하는 이유는 오랜 연구에도 불구하고 미해명이었다.
연구 그룹은 액체의 구조화를 중심 입자에서 보았을 때 주위의 입자의 배열 방법으로 파악하고, 특히 중심으로부터의 거리의 질서와 방위의 질서에 주목.두 물질의 액체에 형성된 국소 구조적 질서가 밝혀졌다.
수분자의 경우, 분자내가 공유결합, 분자간이 수소결합과 에너지 스케일이 다른 결합으로 안정화되어 있고, 물분자 자신이 가지는 구조의 자유도가 작기 때문에, 산소뿐만 아니라 수소에도 방향질서가 존재한다.한편, 실리카의 경우에는, 모든 결합이 공유·이온 결합에 의해 안정화되어 있기 때문에 산소의 가능한 배치의 자유도가 크고, 그 방위질서가 낮다.
그 결과, 물과 실리카 사이에는 거리의 질서와 유사성이 있지만, 방위의 질서에 큰 차이가 있어, 이들이 양 물질의 결정 구조, 밀도 이상, 점성 이상 등의 유사성과 유리 형성능이 큰 차이의 물리적 기원인 것을 알 수 있었다.
이 성과는 물과 실리카라는 가장 친밀한 액체의 기본적 성질을 해명하고, 또한 테트라하이드랄 액체의 이해나 유리 형성능의 의도적인 제어에도 새로운 길을 개척했다는 의미에서 응용상의 임팩트도 크다고 기대된다.
