量子凝縮系およびソフトマターにおける自己組織化現象に対する流れの影響の解明

• Project Area: Synergy of Fluctuation and Structure:Foundation of Universal Laws in Nonequilibrium Systems
• Project/Area Number: 26103514
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Ochanomizu University
• Principal Investigator: 工藤 和恵 お茶の水女子大学, 基幹研究院, 准教授 (30505574)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2015: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2014: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
• Keywords: 自己組織化 / 量子凝縮系 / ソフトマター

Outline of Annual Research Achievements

スピン自由度を持つボース・アインシュタイン凝縮体(BEC)の強磁性相(強磁性BEC)では、強磁性体と同様に磁区パターンが観察される場合がある。本研究では、とくに面内磁気異方性のある場合(XY模型的な場合)のドメイン成長について研究を行ってきた。XY模型のようなベクトル模型でのドメイン成長は、渦の対消滅によって駆動される。XY模型では、逆符号の巻数を持つ渦同士で対消滅が起こる。しかしBECの場合にはスピン渦の巻数だけでなく超流動速度の循環も考慮しなければならない。循環も巻数も±1の渦は渦の周りにに質量流が流れており、渦芯では磁化が残っている。このような渦をMermin-Ho渦(MHV)と呼ぶ。本研究では、渦の種類がMHVのみの場合に限定してドメイン成長則を議論した。MHVには基本的な種類だけで４種類あるが、対消滅できるのは２組ずつである。互いに対消滅できないグループが混在することによって、XY模型での成長則とは少し異なる成長則が現れることを示し、これに補正を入れることでMHVの場合のドメイン成長則を導出した。また、数値計算によってその妥当性を検証した。
強磁性BECでは、エネルギー散逸がなくてもドメイン形成が観察されるが、それに対応する古典系は相互作用しながら歳差運動しているだけのスピン系になる。その古典系の磁化ダイナミクスはLandau-Lifshitz-Gilbert(LLG)方程式で記述できる。平成27年度はLLG方程式を用いて一軸磁気異方性のある場合の研究も行い、エネルギー散逸がないのにドメイン成長が見られる理由を明らかにした。
本研究ではまた、ソフトマターの系におけるパターン形成も研究してきた。高分子溶液である塗料を乾燥させた場合の乾燥パターンを、単純な数理模型を用いて、数値シミュレーションした。流れの効果によって不均一なパターンの出現が制御できることを示した。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Coarsening dynamics driven by vortex-antivortex annihilation in ferromagnetic Bose-Einstein condensates (2015)
  • Author(s): K. Kudo and Y. Kawaguchi
  • Journal Title: Physical Review A Volume: 91 Issue: 5 Pages: 053609-053609
  • DOI: 10.1103/physreva.91.053609
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Quantum Mass Acquisition in Spinor Bose-Einstein Condensates (2014)
  • Author(s): N. T. Phuc, Y. Kawaguchi, M. Ueda
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 113 Issue: 23 Pages: 230401-230401
  • DOI: 10.1103/physrevlett.113.230401
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 磁区パターン成長と散逸の効果 (2016)
  • Author(s): 工藤和恵
  • Organizer: 日本物理学会 第71回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学（宮城県・仙台市）
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] 内部自由度を持ったBECにおける磁化ダイナミクス (2016)
  • Author(s): 川口 由紀
  • Organizer: 日本物理学会 第71回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学（宮城県・仙台市）
  • Year and Date: 2016-03-19
  • Invited
• [Presentation] 塗料のパターン形成 (2015)
  • Author(s): 牛嶋麗夏, 工藤和恵
  • Organizer: 第5回ソフトマター研究会
  • Place of Presentation: 東北大学（宮城県・仙台市）
  • Year and Date: 2015-12-17
• [Presentation] Pattern Formation in Drying Paint (2015)
  • Author(s): Reika Ushijima, Kazue Kudo
  • Organizer: 6th Ewha-JWU-Ochanomizu Joint Symposium 2015
  • Place of Presentation: 韓国（ソウル）
  • Year and Date: 2015-12-08
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 磁区パターン形成における散逸の影響とドメイン構造 (2015)
  • Author(s): 工藤和恵
  • Organizer: 日本物理学会 2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 関西大学（大阪府・吹田市）
  • Year and Date: 2015-09-16
• [Presentation] 強磁性体およびスピノルBECにおける磁区パターン形成 (2015)
  • Author(s): 工藤和恵, 川口由紀
  • Organizer: 第9回物性科学領域横断研究会 ー 凝縮系科学の最前線 ー
  • Place of Presentation: 東京大学（東京都）
  • Year and Date: 2015-09-13
• [Presentation] 塗料の乾燥過程におけるシワの形成 (2015)
  • Author(s): 牛嶋麗夏, 工藤和恵
  • Organizer: 日本物理学会 2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 関西大学（大阪府・吹田市）
  • Year and Date: 2015-09-13
• [Presentation] Coarsening Dynamics in Ferromagnetic Bose-Einstein Condensates (2015)
  • Author(s): K. Kudo, Y. Kawaguchi
  • Organizer: International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium 2015
  • Place of Presentation: 京都大学（京都府・京都市）
  • Year and Date: 2015-08-20
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Pattern Formation in Drying Paint (2015)
  • Author(s): R. Ushijima, K. Kudo
  • Organizer: International Symposium on Fluctuation and Structure out of Equilibrium 2015
  • Place of Presentation: 京都大学（京都府・京都市）
  • Year and Date: 2015-08-20
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 内部自由度を持ったBECにおける量子渦 (2015)
  • Author(s): 川口 由紀
  • Organizer: 数理解析所共同研究「非線形現象のモデルに潜む未踏査数理構造の探求 - 基礎数理と応用の協働 - 」
  • Place of Presentation: 京都大学（京都府・京都市）
  • Year and Date: 2015-07-28
  • Invited
• [Presentation] 強磁性BECにおけるドメイン成長 (2015)
  • Author(s): 工藤和恵, 川口由紀
  • Organizer: 新学術領域「ゆらぎと構造」第2回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学（東京都）
  • Year and Date: 2015-05-01
• [Presentation] 2次元強磁性BECにおける磁区パターン成長 (2015)
  • Author(s): 工藤和恵, 川口由紀
  • Organizer: 日本物理学会 第70回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学（東京都・新宿区）
  • Year and Date: 2015-03-21
• [Presentation] 内部自由度を持ったBECにおける量子渦 (2015)
  • Author(s): 川口由紀
  • Organizer: 研究会「量子渦と非線形波動」
  • Place of Presentation: 東京理科大学（東京都・新宿区）
  • Year and Date: 2015-01-26 – 2015-01-27
• [Presentation] Off-diagonal current-current correlation in a spinor dipolar BoseEinstein Condensate (2014)
  • Author(s): T. Oshima and Y. Kawaguchi
  • Organizer: International conference on topological quantum phenomena (TQP2014)
  • Place of Presentation: 京都大学（京都府・京都市）
  • Year and Date: 2014-12-16 – 2014-12-19
• [Presentation] Goldstone-mode Instability in a Spinor Bose-Einstein Condensates (2014)
  • Author(s): Y. Kawaguchi
  • Organizer: national conference on topological quantum phenomena (TQP2014)
  • Place of Presentation: 京都大学（京都府・京都市）
  • Year and Date: 2014-12-16 – 2014-12-19
• [Presentation] スピノールBECにおけるゴールドストーンマグノンの不安定性 (2014)
  • Author(s): 川口由紀
  • Organizer: 新学術領域「揺らぎと構造」冷却原子研究会
  • Place of Presentation: 学習院大学（東京都・豊島区）
  • Year and Date: 2014-11-03
• [Presentation] 強磁性BECの磁区パターン形成 (2014)
  • Author(s): 工藤和恵
  • Organizer: 新学術領域「揺らぎと構造」冷却原子研究会
  • Place of Presentation: 学習院大学（東京都・豊島区）
  • Year and Date: 2014-11-03
• [Presentation] 塗料の乾燥パターン形成 (2014)
  • Author(s): 牛嶋麗夏, 工藤和恵
  • Organizer: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • Place of Presentation: 中部大学（愛知県・春日井市）
  • Year and Date: 2014-09-08
• [Presentation] 2次元強磁性BECにおけるドメイン成長 (2014)
  • Author(s): 工藤和恵, 川口由紀
  • Organizer: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • Place of Presentation: 中部大学（愛知県・春日井市）
  • Year and Date: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [Presentation] スピノールBECにおけるゴールドストーンマグノンの不安定性 (2014)
  • Author(s): 川口由紀
  • Organizer: 日本物理学会 2014年秋季大会
  • Place of Presentation: 中部大学（愛知県・春日井市）
  • Year and Date: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [Presentation] 強磁性BECにおける磁区パターンとドメイン成長 (2014)
  • Author(s): 工藤和恵, 川口由紀
  • Organizer: ゆらぎと構造の協奏 第2回領域研究会
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道・札幌市）
  • Year and Date: 2014-08-29 – 2014-08-31
• [Presentation] 塗料の乾燥パターン形成 (2014)
  • Author(s): 牛嶋麗夏, 工藤和恵
  • Organizer: ゆらぎと構造の協奏 第2回領域研究会
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道・札幌市）
  • Year and Date: 2014-08-29 – 2014-08-31
• [Presentation] Goldstone-mode instability in a spinor Bose-Einstein condensate (2014)
  • Author(s): Y. Kawaguchi
  • Organizer: The ISSP International Workshop, “New Horizon of Strongly Correlated Physics” (NHSCP2014)
  • Place of Presentation: 東京大学物性研究所（千葉県・柏市）
  • Year and Date: 2014-06-14 – 2014-07-04
  • Invited
• [Remarks] 工藤研究室 研究業績
  • URL: http://www.is.ocha.ac.jp/~kudo_lab/result.html
• [Remarks] 工藤和恵のホームページ 研究業績
  • URL: http://www.is.ocha.ac.jp/~kudo/publication.html