4℃에서 밀도의 최대를 나타내며 결정화 시에 부피가 팽창하는 등 다른 액체에 없는 매우 특이한 성질을 가진 물은 기상현상, 지구물리현상, 생명현상 등에 큰 영향을 미친다.이러한 이상성은 물에 한정되지 않고 실리콘, 게르마늄, 탄소, 실리카 등 정사면체적인 국소적인 구조를 형성하는 경향을 가진 액체에 공통으로 보인다.이들 액체는 수소 결합, 공유 결합 등의 방향성 결합을 가지며, 이는 국부적으로 정사면체적 대칭성을 선호하는 것이 그 기원인 것으로 알려져 있었다.그러나, 정사면체 형성능과 온도·압력상도의 형태와 이들 액체의 나타내는 특이성과의 관계는 불분명했다.

　연구 그룹은 정사면체 구조를 형성하는 경향의 강도를 체계적으로 변화시키는 시뮬레이션 모델을 사용하여 이러한 관계의 해명에 처음으로 성공했다.첫째, 시뮬레이션에서 얻은 다양한 특이성과 그룹이 이전에 제안한 이론 모델의 예측과 비교하여 이러한 모든 비정상성이 국부적으로 안정한 구조 형성에 기인한다는 것을 밝혔다.또한 그 비교를 바탕으로 이러한 특이성을 지배하는 물리 인자를 특정하고 물이 이들 액체 중에서 가장 특이적(밀도의 이상성이 최대 등)인 이유의 물리적인 기원을 밝혔다.

　이번 연구 성과는 인류에게 가장 중요한 물질군이 나타내는 특이적인 성질의 계통적 이해에 크게 기여할 것으로 기대되며, 생명과학, 지구과학 등 광범위한 분야에 파급효과가 기대된다.

논문 정보:【Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America】Water-like anomalies as a function of tetrahedrality