ソフトマターの自発運動と外部駆動のダイナミクスについて

• Project/Area Number: 12J00560
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: 数理物理・物性基礎(理論)
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 多羅間 充輔 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000); Fiscal Year 2014: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2013: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2012: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 非線形・非平衡物理学 / アクティブマター / ソフトマター / 磁性ゲル

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では、ソフトマターの自発運動と外部からの駆動について、理論的な視点から研究を行った。本年度は、大きく分けて以下の３つの課題に取り組んだ。
まず、ドイツ・デュッセルドルフ大学のH. Loewen教授のグループとの共同で、アクティブソフトマターの流れ場中でのダイナミクスについての研究を行った。今回は昨年度までに導出した一般の流れに対するモデルを用い、とくに渦巻き流中でのダイナミクスについての研究を遂行し、特に流れによるアクティブマターの散乱について理論的に考察を行った。本研究で得られた成果はすでに学術論文に掲載した。
また、アクティブソフトマターの往復運動に関して理論的に研究を行なった。自己推進粒子は容器や壁、ポテンシャルなどの周囲の影響のないときでも、自発的に往復運動を示すことが実験で観測されている。我々は粒子の変形の自由度に着目することで、動いていた粒子が止まり、元来た方向に戻っていくという往復運動を自発的に示すことを理論的に予言し、数値的に確認した。得られた研究成果は学術雑誌での公表に向け、現在論文を執筆中である。
最後に、昨年度からH. Loewen教授のグループとの共同研究として始めた磁性ゲルの理論研究では、平衡状態への緩和の固有モードに対する、磁化の配向方向の記憶、個性粒子の分布、外部からの磁場の３つの影響について理論的に考察した。本研究に関してこれまでに得られた研究成果をすでに学術雑誌に論文として公表した。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Deformable microswimmer in a swirl: Capturing and scattering dynamics (2014)
  • Author(s): M. Tarama, A.M. Menzel, and H. Loewen
  • Journal Title: Physical Review E Volume: 90 Issue: 3 Pages: 032907-032907
  • DOI: 10.1103/physreve.90.032907
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Tunable dynamic response of magnetic gels: Impact of structural properties and magnetic fields (2014)
  • Author(s): M. Tarama, P. Cremer, D.Y. Borin, S. Odenbach H. Loewen, and A.M. Menzel
  • Journal Title: Physical Review E Volume: 90 Issue: 4 Pages: 042311-042311
  • DOI: 10.1103/physreve.90.042311
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Individual and collective dynamics of self-propelled soft particles (2014)
  • Author(s): Mitsusuke Tarama
  • Journal Title: European Physics Journal Special Topics Volume: 223 Issue: 1 Pages: 121-139
  • DOI: 10.1140/epjst/e2014-02088-y
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Oscillatory motions of an active deformable particle (2013)
  • Author(s): Mitsusuke Tarama
  • Journal Title: Physical Review E Volume: 87 Issue: 6 Pages: 62912-62912
  • DOI: 10.1103/physreve.87.062912
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dynamics of a deformable active particle under shear flow (2013)
  • Author(s): Mitsusuke Tarama
  • Journal Title: Journal of Chemical Physics Volume: 139 Issue: 10 Pages: 104906-104906
  • DOI: 10.1063/1.4820416
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dynamics of a deformable self-propelled particle with internal rotational force (2013)
  • Author(s): Mitsusuke Tarama
  • Journal Title: Prog. Theor. Exp. Phys. Volume: 2013 Issue: 1
  • DOI: 10.1093/ptep/pts051
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spinning motion of a deformable self-propelled particle in two dimensions (2012)
  • Author(s): Mitsusuke Tarama
  • Journal Title: JOURNAL OF PHYSICS : CONDENSED MATTER Volume: 24 Issue: 46 Pages: 464129-464129
  • DOI: 10.1088/0953-8984/24/46/464129
  • Peer Reviewed
• [Presentation] アクティブソフトマターの往復運動 (2015)
  • Author(s): 多羅間充輔
  • Organizer: 日本物理学会第70回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学 早稲田キャンパス
  • Year and Date: 2015-03-22
• [Presentation] Tunable dynamic response of magnetic gels: Impact of structural properties and magnetic fields (2015)
  • Author(s): M. Tarama
  • Organizer: Physics of Structural and Dynamical Hierarchy in Soft Matter
  • Place of Presentation: Institute of Industrial Science, the University of Tokyo
  • Year and Date: 2015-03-16
• [Presentation] アクティブマターにおける変形と運動 (2015)
  • Author(s): 多羅間充輔
  • Organizer: 研究会「アクティブ・マター研究の過去・現在・未来」
  • Place of Presentation: 東北大学・片平キャンパス AIMR本館
  • Year and Date: 2015-03-15
  • Invited
• [Presentation] Active deformable particle in an external flow field (2015)
  • Author(s): Mitsusuke Tarama
  • Organizer: International WE-Heraeus-Physics-School on Model systems for understanding biological processes
  • Place of Presentation: Bad Honnef, Germany
  • Year and Date: 2015-02-26
• [Presentation] Nonlinear dynamics of active deformable particles (2015)
  • Author(s): Mitsusuke Tarama
  • Organizer: Kyoto Winter School for Statistical Mechanics "Frontiers of Statistical Mechanics: From Non-equilibrium Fluctuations to Active Matter"
  • Place of Presentation: Yukawa Institute for Theoretical Physics, Kyoto University
  • Year and Date: 2015-02-16
  • Invited
• [Presentation] Dynamics of active deformable particle in external flow field (2015)
  • Author(s): Mitsusuke Tarama
  • Organizer: Kyoto Winter School for Statistical Mechanics "Frontiers of Statistical Mechanics: From Non-equilibrium Fluctuations to Active Matter"
  • Place of Presentation: Yukawa Institute for Theoretical Physics, Kyoto University
  • Year and Date: 2015-02-09
• [Presentation] アクティブソフトマターの流れの中での運動 (2014)
  • Author(s): 多羅間充輔
  • Organizer: 第２４回 非線形反応と協同現象研究会
  • Place of Presentation: 東京電機大学 東京千住キャンパス
  • Year and Date: 2014-12-06
• [Presentation] 磁性ゲルの動的固有モード解析 (2014)
  • Author(s): 多羅間充輔
  • Organizer: 日本物理学会2014年秋季大会
  • Place of Presentation: 中部大学（春日井キャンパス）
  • Year and Date: 2014-09-08
• [Presentation] アクティブソフトマターの流れの中でのダイナミクス (2014)
  • Author(s): 多羅間充輔
  • Organizer: 第2回領域研究会
  • Place of Presentation: 北海道大学工学部オープンホール
  • Year and Date: 2014-08-30
• [Presentation] Tunable dynamic response of ferrogels (2014)
  • Author(s): 多羅間充輔
  • Organizer: 第１３回 関東ソフトマター研究会
  • Place of Presentation: 首都大学東京
  • Year and Date: 2014-08-19
• [Presentation] Capturing and scattering dynamics of active soft particle in a swirl (2014)
  • Author(s): Mitsusuke Tarama
  • Organizer: 9TH LIQUID MATTER CONFERENCE
  • Place of Presentation: the University of Lisbon, Lisbon, Portugal
  • Year and Date: 2014-07-24
• [Presentation] Two types of active spinning motion of deformable particle (2014)
  • Author(s): Mitsusuke Tarama
  • Organizer: Gordon Research Conference: Oscillations & Dynamic Instabilities in Chemical Systems
  • Place of Presentation: Melia Golf Vichy Catalan Business & Convention Center, Girona, Spain
  • Year and Date: 2014-07-16 – 2014-07-17
• [Presentation] Scattering dynamics of active soft particle in swirl (2014)
  • Author(s): Mitsusuke Tarama
  • Organizer: Gordon Research Seminar: Oscillations & Dynamic Instabilities in Chemical Systems (GRS)
  • Place of Presentation: Melia Golf Vichy Catalan Business & Convention Center, Girona, Spain
  • Year and Date: 2014-07-12
• [Presentation] 流れの中のアクティブソフトマターのモデリングと線形萌断流中でのダイナミクス (2014)
  • Author(s): 多羅間充輔
  • Organizer: 日本物理学会第68回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学湘南キャンパス
  • Year and Date: 2014-03-30
• [Presentation] 円形流中の柔らかな自己推進粒子の散乱ダイナミクス (2014)
  • Author(s): 多羅間充輔
  • Organizer: 第4回京都若手ソフトマター研究会
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2014-03-17
• [Presentation] やわらかな自発運動粒子系における自転運動について (2013)
  • Author(s): 多羅間充輔
  • Organizer: 第1回領域研究会
  • Place of Presentation: KKRホテル熱海
  • Year and Date: 2013-12-26
• [Presentation] アクティブソフトマターの自転運動について (2013)
  • Author(s): 多羅間充輔
  • Organizer: 第23回「非線形反応と協同現象」研究会
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Year and Date: 2013-12-07
• [Presentation] 自発的に変形する粒子の自転運動と振動運動 (2013)
  • Author(s): 多羅間充輔
  • Organizer: 時間生物学会サテライトシンポジウム「生物リズム現象の数理フロンティア」
  • Place of Presentation: 近畿大学
  • Year and Date: 2013-11-11
• [Presentation] Oscillatory motions of an active deformable particle (2013)
  • Author(s): Mitsusuke Tarama
  • Organizer: Engineering of Chemical Complexity
  • Place of Presentation: Hotel Hohe Dune, Rostock Warnemtinde, Germany
  • Year and Date: 2013-06-10
• [Presentation] やわらかな自己推進粒子の自転運動 (2013)
  • Author(s): 多羅間充輔
  • Organizer: 日本物理学会第68回年次大会
  • Place of Presentation: 広島大学
  • Year and Date: 2013-03-27
• [Presentation] アクティブソフトマターの自転運動 (2013)
  • Author(s): 多羅間充輔
  • Organizer: 第三回京都若手ソフトマター研究会
  • Place of Presentation: 京都大学理学研究科セミナーハウス
  • Year and Date: 2013-03-08
• [Presentation] Spontaneous spinning motion of an active deformable particle (2013)
  • Author(s): Mitsusuke Tarama
  • Organizer: Spatio-temporal Organization in Non-equilibrium Systems
  • Place of Presentation: Shokuin-Kaikan (Kyushu University), Japan
  • Year and Date: 2013-02-23
• [Presentation] Dynamics of an active soft particle with spinning motion (2013)
  • Author(s): Mitsusuke Tarama
  • Organizer: Self-organization and Emergent Dynamics in Active Soft Matter
  • Place of Presentation: Kyoto University, Kyoto.
  • Year and Date: 2013-02-19
• [Presentation] アクティブソフトマターの勇断流中でのダイナミクス (2013)
  • Author(s): 多羅間充輔
  • Organizer: 第3回ソフトマター研究会
  • Place of Presentation: 首都大学東京
• [Presentation] An active soft particle with a spontaneous spinning motion (2013)
  • Author(s): Mitsusuke Tarama
  • Organizer: GCOE Symposium Development of emergent new fields
  • Place of Presentation: Kyoto University, Kyoto.
• [Presentation] 自発的に動くやわらかな粒子の自転運動 (2012)
  • Author(s): 多羅間充輔
  • Organizer: 第22回「非線形反応と協同現象」研究会
  • Place of Presentation: 東京都、お茶の水女子大学
  • Year and Date: 2012-12-07
• [Presentation] Spontaneous rotation of a deformable self-propelled particle (2012)
  • Author(s): Mitsusuke Tarama
  • Organizer: 17th Fall Seminar on Nonlinear Dynamics in Bayreuth 2012
  • Place of Presentation: University of Bayreuth, Bayreuth, Germany
  • Year and Date: 2012-10-08
• [Presentation] Active spinning of a deformable self-propelled particle (2012)
  • Author(s): Mitsusuke Tarama
  • Organizer: Japanese-German-French Workshop "Physics of Active Soft Matter"
  • Place of Presentation: Heidelberg University, Heidelberg, Germany
  • Year and Date: 2012-09-24
• [Presentation] Spinning motion of an active soft particle (2012)
  • Author(s): Mitsusuke Tarama
  • Organizer: Active Dynamics on Microscales : Molecular Motors and Self-Propelling Particles
  • Place of Presentation: Lorentz Center＠Oort, Leiden, The Netherlands
  • Year and Date: 2012-09-18
• [Presentation] やわらかな粒子の自発運動と外力による駆動 (2012)
  • Author(s): 多羅間充輔
  • Organizer: 未踏科学サマー道場
  • Place of Presentation: 神奈川県、湘南国際村センター
  • Year and Date: 2012-08-17
• [Presentation] やわらかな自発運動粒子の自転運動 (2012)
  • Author(s): 多羅間充輔
  • Organizer: 基研研究会2012 「非平衡系の物理-その普遍的理解を目指して」
  • Place of Presentation: 京都大学 基礎物理学研究所
  • Year and Date: 2012-08-03