2018 Fiscal Year Research-status Report
Noise effects onTraveling waves and solitons in one-dimensional liquid crystal cells
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18K03464
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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) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 電気対流 / 進行波 / 孤立波 / ノイズ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題では対流系に現れる進行波（Traveling waves: TW）及び孤立波（Localized waves: LW）の制御を，液晶対流(Electroconvection: EC)とノイズを用いて研究調査する．この進行波はこれまでの静止対流パターン（Williams domain）と違って，リズムの発生・抑制に対する恰好の研究対象であり，そのノイズ影響の調査は非平衡散逸系の安定性や創発特性の理解に極めて重要である．通常の２次元セルにおける対流ロールの欠陥(defects)は調査の大きな障害になるため，液晶デバイス研究で知られている「in-plane switching (IPS)」セルを初めてECに応用し，Defect-free ECを示す1次元液晶対流系を実現した．平成３０年度では，上述した1次元セルを用いて，ノイズ及び正弦波によるTW, LWの特性の詳細を体系的に調査し，これまでの２次元液晶対流系の調査結果との比較を行った．
①ノイズ強度（V_N）によるTWのHopf周波数（f_H）は単調に増加する．これは２次元セルでの結果と定性的な一致を示した．しかし，１次元セルでは，新たなNon-travelling wavesが現れ,パターンダイナミクスを複雑にさせる場合がある．これは，２次元セルでの欠陥の運動に相当するECの空間限定的な振動モードとして，余剰エネルギー解消の一種と考えられる．
②正弦波電圧（V）によるLWの動的特性を調べた結果，そのLWの長さや速さの依存性が確認できた．特に，そのLWのふるまいの詳細を時空間図を通して示した．
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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
欠陥を排除した電気対流（EC）を，液晶デバイス研究で知られている「in-plane switching (IPS)」セルをECに応用することによって，Defect-free ECを示す1次元液晶対流系を実現した．この試みは電気対流分野での初めての成功であり，理論的な結果との比較が容易であるため，これからのよりシンプルな１次元対流パターンでのあらゆる調査が期待できる．
本課題での進行波の周波数特性が正弦波及びノイズ電圧の可変実験により，定量的に測定・評価できるようになった．すなわち，1次元液晶対流系により，欠陥の出現・運動によるTWにおいての非本質的な要素を排除することが可能になった．具体的には，２次元セルとの比較を通して進行波において欠陥有無は，進行波のHopf周波数（f_H）に決定的な違いを生み出すことが分かった．課題の目標にかなり近づくことができたと言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成３１年度以降では，1次元液晶対流系を用いて進行波（TW）及び孤立波（ LW）の調査を続ける．特にTWとLWにおいてその進行方向の制御に重点をおいて調べる．現段階の調査では，その進行方向は液晶特有のディスクリネーションの発生と深い関係があることが分かった．そのため，ディスクリネーションの発生に関わるECの乱流構造を調べる必要がある（通常，ECではディスクリネーションの発生を伴う乱流２とそうでない乱流１が存在する）．
さらに，これから1次元液晶対流系におけるパターン形成の問題－例えば，電圧と周波数によるECの相図，ノイズによる閾値や構造の影響－などが挙げられる．これらの調査においてこれまでの２次元セルでの豊富な研究結果との比較を通して，非平衡散逸系における基礎知見を深める方向へ進める必要がある．
また，液晶分子の配向をTWの進行方向と反対方向に制御できる磁界システムを導入し，その進行方向の人為的な制御を試みる．この進行方向の問題は確率的な問題かあるいは対称性の破れに起因する問題かを明らかにするべきである．
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