2015 Fiscal Year Research-status Report
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15K05215
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
許 宗ふん 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 教授 (50325578)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | noise / electroconvection / liquid crystal / colored noise |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では非平衡システムが外部ノイズにどのように影響されるかを，液晶対流系を用いて調査した．具体的には，対流系の内部特性時間とカラーノイズの外部特性時間の関係から，ノイズによる対流発生の抑制（安定化）・助長効果（不安定化）を究明することを目的とした．上述した両特性時間の関数として決定される電気対流のノイズ応答感度（b）などを体系的に調査し，以下の結果を得た．
①これまで理論と実験で定量的な不一致を示したカラーノイズ領域（低いカットオフ周波数fc）において，磁界の導入によりその問題を解決した．これは，磁界による液晶系の内部ノイズ（液晶ディレクターの熱ゆらぎ）を制御することによって可能となった．特に低週波数fcをもつノイズにおいて，bの磁界の依存性が明らかになった．
②これまでカラーノイズ（fc）を考慮し提案したノイズ応答感度（b）は，ノイズ強度が20[V]前後まででは実験とよい一致を示した．しかし，ノイズ強度が高くなると，調査の対象であった典型的な対流構造（Williams Domain，WD）から全く異なる対流構造（Noise Dominated Pattern, NDP）へ転移した．このパターン転移を含めて様々な対流構造を，正弦波電圧とノイズ電圧およびカットオフ周波数で調査し，その結果を相図としてまとめた．
③外部ノイズの導入による等方性・異方性転移，それに伴うパターン形成の問題を取り上げ，その詳細を明らかにした．特に高電気伝導率をもつ液晶系の場合，熱的異常現象が観測され，転移やパターン形成の問題に深く関与することが分かった．
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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
非平衡システムにおける外部ノイズの影響についての体系的な調査は順調に進んでいる．平成27年度では，磁界の導入による系の内部ノイズ(液晶ディレクターの熱ゆらぎ)の問題と，高電気伝導率セルの導入による高ノイズ電圧の影響についての調査まで進展した．
特に上記の液晶ディレクターの熱ゆらぎ（内部ノイズ）は，これまで理論でも実験でも考慮せず，理想的な条件（内部ノイズゼロの仮定）での調査が行われてきた．本研究では液晶ディレクターの熱ゆらぎ（内部ノイズ）を充分に抑制できる磁界下（約0.5テスラ）で，理論と実験との定量的な一致が確認された．この成果は専門ジャーナルPhysical Review E (92, 062504, 2015)で掲載された．
また，高電気伝導率セルを導入することによって，これまでの理論と実験で確認されていたノイズ応答感度（b）の線形性の限界を明らかに示し，その線形性の破綻とともに出現する新しいパターン形成を明らかにした．この成果は専門ジャーナルJournal of the Physical Society of Japan (85, 024002, 2016)で掲載された．
さらに，本研究を通して当初は予測しなかったInverse Stochastic Resonance(逆確率共鳴現象)を発見しその成果発表を練っている．
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| Strategy for Future Research Activity |
上述したこれまでの成果を踏まえて，今後，以下のような調査を行う．
①これまでのノイズ応答感度（b）を支配した液晶対流系の内部特性時間（電荷緩和時間）と異なる特性時間（例えば,液晶ディレクター緩和時間）においての外部ノイズの影響を調べる．現在，新たに導入した広範囲のノイズ・ジェネレーターを稼働し，そのノイズによる液晶対流系の応答の様子を調査している段階である．もし，液晶ディレクター緩和時間とスケール的に同程度の外部時間（カラーノイズの特性）をもつノイズでの制御が可能であれば，これまでとは全く異なるノイズ応答感度が予想される．
②液晶対流系におけるTraveling Wave(高周波数の誘電領域に入る特性周波数の近傍で出現する)におけるノイズの影響を調べる．これまでの研究では対流発生の閾値シフトや対流構造（特性長）およびパターン転移が主な調査項目であったが，このTraveling Wave（動的特性）についてのノイズの影響に関する報告は見られない．これは単なる液晶対流系だけの特異な現象ではなく，より普遍的に取り上げられるHopf分岐の問題である．
以上から，外部ノイズ（その強度と特性）による非平衡システムの影響を，実験的手法を用いて体系的に調査する．
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