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2019 Fiscal Year Annual Research Report

Discrete Geometric Analysis for materials design

Administrative Group

Project AreaDiscrete Geometric Analysis for Materials Design
Project/Area Number 17H06460
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

小谷 元子  東北大学, 材料科学高等研究所, 教授 (50230024)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 大西 立顕  東京大学, 大学院情報理工学系研究科, 准教授 (10376387)
内藤 久資  名古屋大学, 多元数理科学研究科, 准教授 (40211411)
高見 誠一  名古屋大学, 工学研究科, 教授 (40311550)
一木 輝久  名古屋大学, 未来社会創造機構, 特任准教授 (40711156)
古田 幹雄  東京大学, 大学院数理科学研究科, 教授 (50181459)
青柳 岳司  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 総括研究主幹 (50786241)
下川 航也  埼玉大学, 理工学研究科, 教授 (60312633)
橋本 幸士  大阪大学, 理学研究科, 教授 (80345074)
Project Period (FY) 2017-06-30 – 2022-03-31
Keywords離散幾何学 / トポロジー / 材料 / 階層ネットワーク
Outline of Annual Research Achievements

コロナ禍ではあったがオンラインを積極的に活用することで、これまでと同様に計画研究と公募研究をそれぞれ着実に進める一方で項目間での垂直展開、項目を超えた水平展開による連携を進めた。また、数学・計算科学(情報科学)手法を開発し、共通基盤を構築するために、数学ユニット、情報科学ユニットなど、ユニットごとの勉強会を実施した。特に計画研究との相互作用を深め、新たな展開につなぐことに重点を置いた。班会議や勉強会、セミナー、チュートリアル、国際研究集会などを活発に行うことで班間の融合を進めた。
研究成果発表会および領域会議を2日間にわたりメンバー全体で開催し、平成30年度採択の公募研究の成果も領域で共有した。国際研究集会"Polymers and networks via topology and entanglement"などを開催した。MRM2019のシンポジウムの一つへ本領域も参画し、数学と材料科学の融合をテーマに数多くの研究結果を紹介した。
新型コロナウィルス感染拡大以降、合宿形式による領域会議ができなかったことは新しい領域形成をめざし異なる分野が集結した本領域では辛い状況であったが、一方でオンラインやSlackなどのデジタルコミュニケーションが活発に活用できるようになり、頻度の高い議論の機会を持つことができ、共同研究などはしっかり進めることができた。海外からの研究者の招へいや海外出張が制限により殆どできなかったが、デジタルに構築した関係を今後に活かしたい。
インターフェースである若手研究者は、引き続き、領域内の融合を促進するための勉強会やワークショップの企画、ニュースレターの発行を行うとともに、論文や学会での発表を活発に行った。領域の終了までに次のステップにキャリアを進めることに成功している。
昨年度に続き、連携推進の奨励のための連携研究支援を行い、チームを超えた展開が活発に行われた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

オンラインやSlackなどを活用した形式ではあったが、班会議や勉強会、セミナー、チュートリアル、国際研究集会などに対して、連携研究支援を行うことで、チームを超えた展開が活発に行われた。班間の融合、計画研究班との相互作用が進んだ。インターフェースである若手研究者は領域内の融合を促進するための勉強会やワークショップの企画、ニュースレターの発行を行うとともに、論文や学会での発表を活発に行った。研究者として視野を広げたり、分野を超えた議論をすることができたりした。領域終了までに多くの若手研究者が次のキャリアにステップアップすることができた。
国際活動ネットワーク形成の海外出張等、新型コロナウィルスの影響により実現に至らなかったが、オンラインにて議論や発表を積極的に継続した。頻度を上げることができ、研究情報交換にとどまらない共同研究に進むことが容易になった一方、やはり対面でしかできないようなワイルドな意見交換は難しかったように感じた。いずれにしても項目間での垂直展開、項目を超えた水平展開による連携を進める事により多くの分野を超えた共著論文が出版された。また領域としては広がりと深みをもつことができたと考えている。

Strategy for Future Research Activity

コロナ禍で制限されていた対面による研究会、情報交換の機会や、海外渡航、海外からの招へいが促進できる可能性が高まってきた。領域としての研究の広がりや深みがでてきており、予測を超える成果がでている。このような実績を積極的に情報発信するに良いタイミングであるため、モノグラフ出版、国際研究会への参加、多様な学会でのセッション企画などを行う。
また、引き続き、項目間での垂直展開、項目を超えた水平展開による連携を進めるためのセミナー、チュートリアル、ユニットごとの勉強会やワークショップを行ってゆく。

Remarks

【News letter 離散幾何と材料】Vol.04, Vol.05 発行
【新聞掲載】(公募A03・総括班) 伊藤良一「安価な水素製造へ道筋 金大など研究グループ」北國新聞朝刊 26ページ, 2019年4月5日
【受賞】(総括班) 塩見雄毅:第14回(2020年)日本物理学会若手奨励賞 (領域3: 磁性),「エキゾチック物質における新奇スピン流現象の開拓」2019年11月

  • Research Products

    (60 results)

All 2020 2019 Other

All Int'l Joint Research (4 results) Journal Article (12 results) (of which Peer Reviewed: 12 results,  Open Access: 7 results) Presentation (37 results) (of which Int'l Joint Research: 14 results,  Invited: 18 results) Remarks (2 results) Funded Workshop (5 results)

  • [Int'l Joint Research] UCサンタバーバラ大学(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      UCサンタバーバラ大学
  • [Int'l Joint Research] フリードリヒ・アレクサンダー大学エアランゲン=ニュルンベルク/ベルリン自由大学(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      フリードリヒ・アレクサンダー大学エアランゲン=ニュルンベルク/ベルリン自由大学
  • [Int'l Joint Research] ケンブリッジ大学(英国)

    • Country Name
      UNITED KINGDOM
    • Counterpart Institution
      ケンブリッジ大学
  • [Int'l Joint Research] オーストラリア国立大学(オーストラリア)

    • Country Name
      AUSTRALIA
    • Counterpart Institution
      オーストラリア国立大学
  • [Journal Article] Recoverably and destructively deformed domain structures in elongation process of thermoplastic elastomer analyzed by graph theory2020

    • Author(s)
      H. Morita, A. Miyamoto, M. Kotani
    • Journal Title

      Polymer

      Volume: 188 Pages: 122098

    • DOI

      10.1016/j.polymer.2019.122098

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A nitrogen-doped nanotube molecule with atom vacancy defects2020

    • Author(s)
      K. Ikemoto, S. Yang, H. Naito, M. Kotani, S. Sato, H. Sato
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 11 Pages: 1807

    • DOI

      10.1038/s41467-020-15662-6

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Fluctuation?response inequality out of equilibrium2020

    • Author(s)
      Andreas Dechant, Shin-ichi Sasa
    • Journal Title

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      Volume: 117(12) Pages: 6430-6436

    • DOI

      10.1073/pnas.1918386117

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Continuous-Time Random Walk for a Particle in a Periodic Potential2019

    • Author(s)
      Andreas Dechant, Farina Kindermann, Artur Widera, Eric Lutz
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 123(7) Pages: 70602

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.123.070602

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] $C^1$-smooth dependence on initial conditions and delay: spaces of initial histories of Sobolev type, and differentiability of translation in $L^p$2019

    • Author(s)
      Junya Nishiguchi
    • Journal Title

      Electronic Journal of Qualitative Theory of Differential Equations

      Volume: 91 Pages: 1-32

    • DOI

      10.14232/ejqtde.2019.1.91

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Second-order topological phases protected by chiral symmetry2019

    • Author(s)
      Ryo Okugawa, Shin Hayashi, and Takeshi Nakanisihi
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 100 Pages: 235302-1-9

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.100.235302

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A metal?peptide capsule by multiple ring threading2019

    • Author(s)
      T. Sawada, Y. Inomata, K. Shimokawa, M. Fujita
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 10(1) Pages: 5687

    • DOI

      10.1038/s41467-019-13594-4

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Synthesis and Unimolecular ESA-CF Polymer Cyclization of Zwitterionic Telechelic Precursors2019

    • Author(s)
      T. Konomoto, K. Nakamura, T. Yamamoto, Y. Tezuka
    • Journal Title

      Macromolecules

      Volume: 52(23) Pages: 9208-9219

    • DOI

      10.1021/acs.macromol.9b01793

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A Programmed Polymer Folding with Periodically-Positioned Tetrafunctional Telechelic Precursors by Cyclic Ammonium Salt Units as Nodal Points2019

    • Author(s)
      K. Kyoda, T. Yamamoto, Y. Tezuka
    • Journal Title

      J. Am. Chem. Soc.

      Volume: 141, 18 Pages: 7526-7536

    • DOI

      10.1021/jacs.9b02459

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A physicist-friendly reformulation of the Atiyah-Patodi-Singer index and its mathematical justification2019

    • Author(s)
      Hidenori Fukaya, Mikio Furuta, Shinichiroh Matsuo, Tetsuya Onogi, Satoshi Yamaguchi, Mayuko Yamashita
    • Journal Title

      PoS LATTICE2019

      Volume: 61 Pages: -

    • DOI

      10.22323/1.363.0061

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Eigenvalues of the Laplacian on the Goldberg-Coxeter constructions for 3- and 4-valent graphs2019

    • Author(s)
      T. Omori, H. Naito, T. Tate,
    • Journal Title

      Electron. J. Combin

      Volume: 26(3) Pages: 31pp.

    • DOI

      10.37236/8481

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Multifractal Analysis of Microphase Separated Structure in Block Copolymers2019

    • Author(s)
      Ito Mariko I., Yamanaka Sadato, Aoyagi Takeshi, Ohnishi Takaaki
    • Journal Title

      Journal of Computer Chemistry, Japan

      Volume: 18(5) Pages: 214-216

    • DOI

      10.2477/jccj.2019-0043

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Non Commutative Geometry and Topological Phase2020

    • Author(s)
      小谷元子
    • Organizer
      Indo Japan Joint Workshop on Quantum Computation & Information
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 数学でミクロとマクロをつなぐ2020

    • Author(s)
      小谷元子
    • Organizer
      第8回世界トップレベル研究拠点プログラム(WPI)サイエンスシンポジウム 数学の驚くべき力 数学が繋ぐ多様な世界
    • Invited
  • [Presentation] $C^1$-smooth dependence on initial conditions and delay: spaces of initial histories of Sobolev type, and differentiability of translation in $L^p$2020

    • Author(s)
      Junya Nishiguchi
    • Organizer
      ICMC Summer Meeting on Differential Equations -- 2020 Chapter
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Geometric and spectral properties of directed graphs under a lower Ricci curvature bound2020

    • Author(s)
      Yohei Sakurai
    • Organizer
      Riemannian Geometry and Geometric Analysis, University of Tsukuba
    • Invited
  • [Presentation] Construction of higher-order topological phases with chiral symmetry2020

    • Author(s)
      奥川 亮
    • Organizer
      新学術領域研究A01班会議
  • [Presentation] 非エルミート性およびカイラル対称性に由来する新しいトポロジカル相2020

    • Author(s)
      奥川 亮
    • Organizer
      物性理論研究室
  • [Presentation] Discrete geometric analysis for materials research2019

    • Author(s)
      Motoko KOTANI
    • Organizer
      ICCM 2019
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Non commutative geometry for Topological Phase2019

    • Author(s)
      Motoko Kotani
    • Organizer
      In and around Topological Physics
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] MATHEMATICAL CHALLENGES FOR MATERIALS DESIGN BASED ON DISCRETE GEOMETRIC ANALYSIS2019

    • Author(s)
      Motoko Kotani
    • Organizer
      2019 KWMS International Conference
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Mathematical challenges for materials design2019

    • Author(s)
      Motoko Kotani
    • Organizer
      Frontiers in Mathematical Science Research Workshop
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 次世代材料探索のための数学ー材料科学連携2019

    • Author(s)
      小谷元子
    • Organizer
      SIP シンポジウム2019
    • Invited
  • [Presentation] Carbon structures in two and three dimensions2019

    • Author(s)
      Andreas Dechant
    • Organizer
      MRM2019
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Carbon structures in two and three dimensions2019

    • Author(s)
      Andreas Dechant
    • Organizer
      Discrete geometric analysis and related topics
  • [Presentation] 履歴の延長と正則性に基づく関数微分方程式の理論について2019

    • Author(s)
      西口 純矢
    • Organizer
      微分方程式の総合的研究
    • Invited
  • [Presentation] Smooth dependence with respect to delay: temporal order of reaction2019

    • Author(s)
      Junya Nishiguchi
    • Organizer
      MRM2019
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 分岐パラメータとしての時間遅れ2019

    • Author(s)
      西口 純矢
    • Organizer
      第1回 時間遅れが誘導する現象と数理
  • [Presentation] ある不連続な関数微分方程式と $L^p$ 空間における合成作用素の滑らかさとの関係2019

    • Author(s)
      西口 純矢
    • Organizer
      日本数学会2019年度秋季総合分科会 函数方程式論分科会
  • [Presentation] 時間遅れ滑らか依存性:時間遅れがもたらす平滑化効果と反応の時間的順序2019

    • Author(s)
      西口 純矢
    • Organizer
      日本応用数理学会2019年度年会 正会員主催OS応用力学系
  • [Presentation] $C^1$-smooth dependence with respect to history in Sobolev space $W^{1,1}$ and constant delay: beyond Lipschitz continuous histories2019

    • Author(s)
      Junya Nishiguchi
    • Organizer
      11th Colloquium of the Qualitative Theory of Differential Equations
    • Invited
  • [Presentation] $C^1$-smooth dependence with respect to history in Sobolev space $W^{1, 1}$ and constant delay: beyond Lipschitz continuous histories2019

    • Author(s)
      Junya Nishiguchi
    • Organizer
      The 1st Hungary-Japan Workshop on Delay Equations and Mathematical Epidemiology
    • Invited
  • [Presentation] Smooth dependence on history and delay: its connection with composition operators and temporal order of reaction2019

    • Author(s)
      Junya Nishiguchi
    • Organizer
      力学系 -新たな理論と応用に向けて-
  • [Presentation] Comparison inequalities on directed graphs under a lower Ollivier Ricci curvature bound2019

    • Author(s)
      Yohei Sakurai
    • Organizer
      Material Research Meeting, Yokohama Symposia
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Geometric and spectral properties of directed graphs under a lower Ricci curvature bound2019

    • Author(s)
      Yohei Sakurai
    • Organizer
      Geometry Seminar, Osaka University
    • Invited
  • [Presentation] Geometric and spectral properties of directed graphs under a lower Ricci curvature bound2019

    • Author(s)
      Yohei Sakurai
    • Organizer
      Geometry Seminar, Tohoku University
    • Invited
  • [Presentation] Concentration of measure phenomena on Dirichlet eigenvalues of Laplacian2019

    • Author(s)
      Yohei Sakurai
    • Organizer
      Geometry and Probability
    • Invited
  • [Presentation] Concentration of measure phenomena on Dirichlet eigenvalues of Laplacian2019

    • Author(s)
      Yohei Sakurai
    • Organizer
      Geometry Seminar
    • Invited
  • [Presentation] One dimensional weighted Ricci curvature and displacement convexity of entropies2019

    • Author(s)
      Yohei Sakurai
    • Organizer
      5th Summer School on "Stochastic and Geometric Analysis"
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 高次トポロジカル相に関するポスター発表2019

    • Author(s)
      奥川 亮
    • Organizer
      NTTI-BEC 2019
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] カイラル対称性に由来する高次トポロジカル相2019

    • Author(s)
      奥川 亮
    • Organizer
      日本物理学会2019年秋季大会
  • [Presentation] 3次元トポロジーと材料科学2019

    • Author(s)
      下川航也
    • Organizer
      第13回物性科学領域横断研究会(領域合同研究会)
  • [Presentation] 格子上のハミルトニアンに対するトポロジーとコーナー状態2019

    • Author(s)
      林晋
    • Organizer
      第13回物性科学領域横断研究会(領域合同研究会)
  • [Presentation] Curved carbon networks in two and three dimensions2019

    • Author(s)
      Andreas Dechant
    • Organizer
      第13回物性科学領域横断研究会(領域合同研究会)
  • [Presentation] カイラル対称性に保護された高次トポロジカル相2019

    • Author(s)
      奥川 亮
    • Organizer
      第13回物性科学領域横断研究会(領域合同研究会)
  • [Presentation] Topological corner and hinge modes in second-order topological phases protected by chiral symmetry2019

    • Author(s)
      奥川 亮
    • Organizer
      Topological Materials Science 2019(TopoMat2019)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Second-order topological phases realized by chiral symmetry2019

    • Author(s)
      奥川 亮
    • Organizer
      MRM2019
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ブロック共重合体のミクロ相分離構造に対するマルチフラクタル解析2019

    • Author(s)
      伊藤真利子, 山中貞人, 青柳岳司, 大西立顕
    • Organizer
      日本コンピュータ化学会2019年秋季年会
  • [Presentation] Carbon structures and a discrete surface theory2019

    • Author(s)
      Hisashi NAITO, Toshiaki OMORI, Chen TAO and Motoko Kotani
    • Organizer
      Mathematical Materials Sciences, MRM 2019
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Remarks] 「次世代物質探索のための離散幾何学」ホームページ

    • URL

      https://www.math-materials.jp/

  • [Remarks] グラフェン構造を数学的観点から設計し、その優位性を電気化学イメージングにより初めて実証

    • URL

      https://www.wpi-aimr.tohoku.ac.jp/jp/achievements/press/2019/20190404_001128.html

  • [Funded Workshop] Workshop "Topological phenomena in non-Hermitian and non-equilibrium systems"2020

  • [Funded Workshop] PROGRESS IN THE MATHEMATICS OF TOPOLOGICAL STATES OF MATTER2019

  • [Funded Workshop] 国際シンポジウム "Polymers and networks via topology and entanglement"2019

  • [Funded Workshop] Deep Learning and Physics 20192019

  • [Funded Workshop] MRM2019内Symposium B-3, Mathematical Materials Science -Mathematical Approaches for Materials Designs in the Data Driven Society-2019

URL: 

Published: 2022-12-28  

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