液晶系に見られる超臨界分岐で発生する時空カオスの普遍性

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14740239
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 日高 芳樹 九州大学, 工学研究院, 助手 (70274511)
• Keywords: 超臨界分岐 / 時空カオス / Goldstoneモード / 液晶電気対流 / 2次元XYモデル / 非線形相互作用

Research Abstract

超臨界分岐で発生する新しいタイプの時空カオスであるソフトモード乱流のマクロ揺らぎの空間的な性質について実験的研究を行った.本研究では,連続回転対称性の自発的破れに伴うGoldstoneモードを持つホメオトロピック液晶の電気対流系を研究対象としたが,ソフトモード乱流はGoldstoneモードと短波長モードが相互作用する系で起こる普遍的な時空カオスである.
まず,ソフトモード乱流が,局所的には周期的ロール構造を保ちつつ,その周期の方向(波数ベクトルの向き)に関する時空カオスであることを明らかにした.また,波数ベクトルの向きのそろったドメインを持ち,そのドメインが集合した構造であることを画像解析から明らかにした.またパワースペクトルを用いた新しい解析方法を開発し,そのドメインの平均サイズが,制御パラメータεに対して,ε^<-1/2>で変化していることを明らかにした.
ソフトモード乱流では,波数ベクトルが大きさを一定に保って2次元平面内で自由に回転できるので,一種の2次元XY系であると考えられる.またGoldstoneモードとなる液晶の配向ベクトルも2次元XY系である.統計力学における2次元XYモデルでは点欠陥が存在することが知られているが,ソフトモード乱流では線状の欠陥が観測された.この線欠陥は対流を消すと縮んで点欠陥になった.つまりこの線欠陥は2つの2次元XY場の相互作用による時空カオスの自発的な乱れの発生に伴って現れる構造で,非平衡開放系に特有の現象であると考えられる.

Research Products

• [Publications] K.Tamura et al.: "Anomalous diffusion and Levy distribution of particle velocity in soft-mode turbulence in electroconvection"Physica A. Vol.306. 157-168 (2002)
• [Publications] J.-H.Huh et al.: "Prewavy instability of nematic liquid crystals in a high-frequency electric field"Physical Review E. Vol.66. 031705 (2002)