2021 Fiscal Year Research-status Report
Topological control and topological phenomena of active matter
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20K14426
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
西口 大貴 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (20850556)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | アクティブマター / 集団運動 / バクテリア乱流 / アクティブ乱流 / トポロジカル物性 / 非平衡物理学 / 非平衡統計力学 / 生物物理学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
トポロジカル現象が出るとの理論予測がなされている柱格子構造中でアクティブ乱流の観察を引き続きおこない、渦秩序の発生を確認した。柱格子の格子定数を変えることで、渦秩序構造が生じやすいパラメーターの探索を進めた。得られた最適な条件に基づき、格子サイズやエッジの形状などを変えることで、目的の条件が得られると期待できるため、その準備を進めている。
トポロジカル現象の観察のためには、バクテリア濃厚懸濁液の示すアクティブ乱流中におけるバクテリア数密度のゆらぎを検出する必要がある。そのために、数密度を各時刻・各場所において検出する方法の検討を進めた。具体的には、透過光強度による定量化手法や、蛍光たんぱく質を発現するバクテリア株をもちいた蛍光強度による定量化などを試し、密度分布を定量化できることを確認した。また、この際の蛍光観察に最適な光学系やサンプルの条件などの詳細な検討をおこない、コントラストの高い画像が得られるようになり、ゆらぎの直接検出に必要な準備が概ね整った。
並行して、柱表面でのアクティブ乱流の境界条件を詳細に理解するため、バクテリア１匹の柱近傍でのダイナミクスを詳細に調べる実験および流体数値計算をおこなった。ガラス板２枚の間に柱を作成し、２枚のギャップを変えることで空間の次元を３次元的なものから擬２次元へと変化させることで、バクテリアが柱表面に滞在する時間が急激に増えるという擬２次元の特異性を発見した。これは、バクテリアと固体境界のミクロな相互作用に基づくマクロな境界条件の次元依存性に関わるだけでなく、バクテリア同士の相互作用とそれにより現れるマクロな集団運動状態の空間次元依存性につながる理解へとつながった。この結果は論文としてまとめ、現在投稿中である。
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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
格子の作成や格子形状の検討も進め、渦秩序の発生に適した条件を見出すことができた。加えて、アクティブ乱流中のバクテリア数密度の定量的検出方法の検討も順調に進められた。加えて、境界条件をミクロから理解するための実験をおこなった結果、相互作用の空間次元依存性の理解を深める結果を得ることができ、これによりアクティブマターの集団運動に関する理解をも大いに深化させることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
ここまでで確立した実験条件・観察方法をもとに、密度ゆらぎの精密測定実験を渦秩序中で実際におこない、その解析をおこなう。
並行して、柱格子中での渦秩序状態の数値計算コードを現状のCPUベースのものから変更してGPUで実装することで、さまざまな構造中での数値的予測を高速でできるようにする。これにより、実験系のデザインを効率化できるようにする。
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| Causes of Carryover |
最終目標に必要な精度とそれを達成できる装置の検討に時間がかかり、また半導体不足によりあらゆる物品の納期が非常に伸びていることから年度内の納品はできず、次年度に繰り越すこととなった。３年目には検討済みの装置類の発注を速やかに発注することで、全額を有効に活用できる見込みである。
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Research Products
(16 results)
