2017 Fiscal Year Research-status Report
非線形な環境影響を含む生体分子モデルと機能=揺らぎ関係
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15K05196
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| Research Institution | Ibaraki University |
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Principal Investigator |
中川 尚子 茨城大学, 理学部, 教授 (60311586)
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2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 非平衡 / 大域熱力学 / 変分原理 / 過冷却 / 気液転移 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生体分子のような揺らぎを利用して機能するナノシステムは、平衡状態下で外部操作されて確実に働くマクロマシンとは異なり、自律的ダイナミクスによる大きな揺らぎがあらわになった状況下で、不確実性にさらされながら機能している。ナノマシンの機能はこのような状況下で一過的に起きる本質的に非平衡現象であるとして、その特徴を引き出していくことが大切である。非平衡状態の機械を論じる枠組みは未完成で、平衡状態でのマクロマシンに関する完成された理論形態の元では、ナノマシンに現れ得る新規性を記述できない。大きな揺らぎの問題と同時に非平衡の整理法を構築する必要がある。そこで、29年度は、非平衡定常状態の熱力学形式完成に取り組んだ。対象となる非平衡系を大域的に扱う方法論を構築し、この方法論の適用例として熱伝導下での気液転移を取り上げ、定圧条件下熱伝導状態での気液界面の位置を決定する変分原理を提案した。系の大域温度として粒子平均温度を取り、この大域温度一定のもとで自由エネルギー最小となる状態が実現されるとすると、気液界面付近では平衡熱力学的には不安定な過冷却状態が安定化されることが分かった。大域温度を用いた熱力学形式も変分原理とコンシステントに展開できることを示し、非平衡下での過冷却状態の安定化という明確な予言を与えた。以上の結果は物理学分野のトップジャーナルであるPhyshical Review Lettersに掲載され、また、予言内容を検証するため、実験や数値実験の研究者たちとのオープンな議論を開始した。
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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
29年度は非平衡状態にある系を大域的に捉える熱力学形式を提案した。この形式を利用して、系を部分に分割した見方をとる場合に部分系同士が行う熱的やりとりを記述する方法論を得ることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在までに得た研究成果をフルペーパーとしてまとめて専門家向けに発表する。また、国際会議などでの発表を行い、成果を周知する。
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| Causes of Carryover |
今年度は成果発表回数をおさえて研究成果をあげることに集中したため、当初計画よりも旅費が余剰している。得られた成果を計画最終年度にあたる次年度に十分に発表する計画を立てており、余剰分は発表に要する旅費として使用する予定である。この年次計画を立てた結果、非常に意義のある成果に到達しており、次年度の成果発表の機会は十分に持てる予定である。
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