非平衡散逸系に見られるパターン形成-液晶の散逸構造のダイナミックス-

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10440117
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 甲斐 昌一 九州大学, 工学部, 教授 (20112295)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 日高 芳樹 九州大学, 工学部, 助手 (70274511)
• Keywords: 電気流体力学 / 散逸構造 / 液晶 / ソフトモード乱流 / 対称性 / ゴールドストンモード / 回転対称性 / 磁界依存性

Research Abstract

系固有の対称性が散逸構造のダイナミックスにどのような影響を与えるかを解明することは、対称性の議論から理論を構築している現在の非線形動力学や非平衡散逸系の物理には極めて重要な問題である。最近、液晶の電気対流が対称性を自由に制御できる点で大きく注目されるようになった。このような観点を背景に研究を行い、今年度には次のような成果を得た。系固有の対称性として回転対称性が破れている場合の電気対流では、ホップ分岐が観測される高周波数領域で振動対流モードを研究し、そのパターン・ダイヤグラムを求めた。そこでは、シュブロンと呼ばれる伝搬・周期欠陥構造の分類と分岐過程が明らかになった。また、特殊電極を使用して強制周期構造を印加、固有周期構造との競合成長ダイナミックスを調べた。その結果、空間的な引き込み現象が観測され、そのダイナミックスを明らかにした。一方、初期に回転対称性を保持した電気対流では静止磁界および回転磁界を印加し回転対称性に起因する付加的なゴールドストーンモードの安定性を制御、それに伴うパターン・ダイナミックスの変化を調べた。その結果、回転磁界印加の場合、同期領域と非同期領域とでは、その電気対流パターンが大きく異なることが分かった。また、静止磁界を印加して、本来互いに区別が難しいノーマル・ロールとアブノーマル・ロールの区別を偏光下で明確に識別し、その転移過程の詳細を明らかにした。さらにアブノーマル・ロールに二つの異なったタイプが存在することを見いだした。また、ソフトモード乱流の磁界印加に伴う転移ダイヤグラムを完成させ、その結果、時空カオスには二種類存在することが明らかとなった。このソフトモード乱流は、ゴールドストーンモードと密接に関連しており、回転対称性を保持した系にしか現れないこと、それを磁界で制御できることが明らかとなった。

Research Products

• [Publications] Jong-Hoon Huh: "Observation and Determination of Abnormal Rolls and abnormal Zig-Zag Rolls in Electroconvection in Homeotropic Liquid Crystals" Physical Review E. 58・6. 7355-7358 (1998)
• [Publications] H.Yamazaki: "Can Stochastic Resonance Lead to Order in Chaos?" Physical Review Letters. 81・19. 4112-4115 (1998)
• [Publications] Jong-Hoon Huh: "Transition Properties of the Soft-Mode Turbulence in the Homeotropic Electroconvection Superimposing Magnetic Fields" Journal of the Physical Society of Japan. 67・6. 1948-1954 (1998)
• [Publications] 森 信彰: "液晶の誘電領域における電気流体力学的不安定性-シェブロンパターンの多様性-" 九州大学工学集報. 71・4. 297-302 (1998)
• [Publications] 日高芳樹: "複雑系における奇妙な時空カオス" 数理科学. 36・4. 15-21 (1998)
• [Publications] 甲斐昌一: "散逸構造の新局面" 数理科学. 36・4. 5-9 (1998)