| Project/Area Number |
21K03396
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 13010:Mathematical physics and fundamental theory of condensed matter physics-related
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
Uchida Nariya 東北大学, 理学研究科, 准教授 (10344649)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2021: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
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| Keywords | 同期現象 / 協力現象 / 非平衡系 |
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| Outline of Research at the Start |
多数の振動子がリズムをそろえて同期する現象は普遍的に見られるが、本研究では他の振動子から遅れて同じテンポでリズムを刻むような振動子が多数ある状況を考える。このような状況では、同期した振動子のグループと同期していない振動子のグループが空間的に共存するキメラ状態が現れることがある。本研究では、さまざまな配置で固定された振動子や動き回る振動子において、キメラ状態の出現する条件を解析し、その時間的、空間的なパターンを、統計的な観点から特徴づける。また、流体中でレーザーにより駆動されるコロイド粒子を具体例として、実験的に検証可能なキメラ状態のモデルを構築し、新しい集団運動のパターンを予測する。
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| Outline of Final Research Achievements |
In this research project, we investigated novel synchronization phenomena induced by frustration in a one-dimensional many-body system of nonlocally coupled oscillators. Firstly, by continuously varying the phase delay of the interactions, we discovered critical phenomena and novel spatiotemporal patterns analogous to directed percolation with two absorbing states, particularly in the vicinity of an anti-phase region. Secondly, we showed that when oscillators perform random walks on a lattice and both the phase delay and movement frequency are varied, collective synchronization is enhanced by movement when the phase delay is close to in-phase, while synchronization is inhibited when the phase delay is near anti-phase. Thirdly, in a system with a large number of coupled oscillator groups, we identified a new metastable state characterized by transitions between synchronized and desynchronized states.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
多数の振動子が同期する現象において、振動子が同期した領域と非同期領域が共存するキメラ状態は、脳活動を司るニューロンの集団発火との関連で注目されている。キメラ状態は振動子間の結合の位相遅れが同位相と逆位相の中間にある場合に生じるが、本研究では位相遅れに加え、振動子のランダムな運動（つなぎ替え）や固有振動数の不均一性を導入することにより、複数の新たな同期パターンを見出した。脳の階層構造を模した振動子集団で見出された同期と非同期が時間的に共存する現象は、脳活動の特徴と類似する。また、ランダムな運動によって集団同期が促進されるメカニズムを解明したが、これはロボットなど移動デバイスの同期現象と関連する。
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