| Project/Area Number |
22K13978
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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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 | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
中野 裕義 東京大学, 物性研究所, 助教 (10931884)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2026: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2023: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2022: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
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| Keywords | 揺らぐ流体力学 / 大規模分子動力学シミュレーション / アクティブマター / 低次元流体 / 非平衡揺らぎ / 非平衡相転移 / 南部・ゴールドストーンモード |
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| Outline of Research at the Start |
自然界に溢れる多くの現象は非平衡である。その非平衡性は熱流や流体の流れのようなものからアクティブマターの自己駆動性まで多岐にわたる。本研究では、これらの非平衡性を統一的に議論する新しい枠組みを構築し、それぞれの系が示す非平衡相転移現象の持つ普遍性の解明を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
1. 揺らぐ流体方程式の数値計算の実装
本研究課題の目標は非平衡定常状態において秩序相が示す普遍的性質を解明することになる。非平衡定常状態のセミマクロスケールでの記述を与える枠組みの一つに揺らぐ流体力学と呼ばれるものがある。揺らぐ流体力学の基礎方程式は通常の決定論的な流体方程式（ナビエ・ストークス方程式や熱伝導方程式、ギンツブルグ-ランダウ方程式）に熱揺らぎを表現する項を付け加えたものである。
2010年代に揺らぐ流体方程式の高精度な数値計算法の開発が進んでいた。この数値計算法を用いて、揺らぐナビエ・ストークス方程式の諸性質を調査した。昨年度から進めている大規模分子動力学シミュレーションとの定量的比較から我々の揺らぐ流体力学の数値シミュレーターの正当性を確認した。
今回実装した数値シミュレーターを元にさまざまな非平衡系（せん断流系・熱伝導系など）の揺らぎの性質の解明を進めている。
2. アクティブマターに見られる協同現象
アクティブマターは1990年代の後半から精力的な調査が始まった新しい非平衡系の一種である。自己駆動力を持つ粒子が多数集まることで、平衡系では見られない協同現象が見られる。自己駆動力が空間的異方性を持つ場合、アクティブマターは1980~90年代によく調べられたdriven lattice gasに類似した協同現象を示すことを明らかとした。この発見に基づき、アクティブマターが古くに調べられた非平衡現象の新しい実験の場となることを期待している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度は主に揺らぐ流体力学の数値シミュレーターを実装し、非平衡流体の基礎的な性質を調べることに従事した。この数値シミュレーターはさまざまな非平衡系の物性を調べる基礎を与えるものである。今年度は実装を主に行い現象の解明に遅れが出たが、来年度以降このコードに基づいて研究の発展的加速が期待できる。
また、今年度はさまざまな国際研究会に参加し、アクティブマターなどの新しい非平衡系の情報収集に励んだ。
以上の点で、おおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度に時間を費やした揺らぐ流体力学の数値シミュレーターと昨年度から行なっている大規模分子動力学シミュレーションを組み合わせて、複数のモデルから非平衡定常状態の振る舞いを調べていく。
特に、現在の準備的シミュレーションから固体壁近傍や気液界面などで非線形性が重要な役割を果たすことが示唆されている。固体壁近傍や気液界面は非等方性から理論構築が困難であり、現象の理解が遅れている。来年度はこの領域に注目し、非平衡揺らぎが果たしている役割を解明していきたい。
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