image: Scientists at The University of Tokyo use a two-state model based on the formation of tetrahedral structures to explain water's anomalous properties and the surprising liquid-liquid transition of water view more
Credit: Institute of Industrial Science, the University of Tokyo
東京大学 生産技術研究所の田中 肇 教授（研究当時、現：名誉教授／シニア協力員）、シー ルイ 特任研究員（研究当時、現：浙江大学准教授）の研究グループは、水の特異性の起源に迫るべく研究を行った。
水は地球上で最も重要な液体でありながら、その性質は大きな謎に包まれている。その謎の一つは、液体の水に、気体・液体転移の臨界点のほかに、液体-液体転移に伴う第２臨界点が存在するか否かという点である。第２臨界点の実験的な探索は、それが存在するかもしれないと考えられる低温の水において氷の結晶化が避けられないため、非常に困難である。そこで同研究グループは、相図上で熱力学的・運動学的なゆらぎがそれぞれ最大となる２つの線の交点が、第２臨界点に一致するはずであるとの理論予測をたて、まずその妥当性を水の複数のモデルの数値シミュレーションにより確認した。さらに、この新しい方法により、実際の水の第２臨界点が温度184 K、圧力173 MPa付近に位置することを予測した。しかし、同時に、一般的な通説に反し、実験的にアクセス可能な水の液体領域は、この臨界点から遠すぎるため、水の液体状態でみられるさまざまな特異性には、臨界点の影響はほとんどなく、特異性は、水に特有な正四面体構造形成だけで説明可能なことを明らかにした。本研究成果は、レントゲン以来の長年の水の特異性に関する論争に終止符を打つとともに、我々人類にとって最も重要な液体である水の基本的な性質の理解に大きく貢献するものと期待される。
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本成果は２０２０年１０月１２日（米国東部夏時間）に「Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America（PNAS)，米国科学アカデミー紀要）」のオンライン速報版で公開される。
Journal
Proceedings of the National Academy of Sciences