2022 Fiscal Year Research-status Report
The mechanism of a nemato-electroconvection system against amplitude and phase fluctuations
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22K03470
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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) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 液晶電気対流 / ノイズ / ゆらぎ / 確率共鳴現象 / 逆確率共鳴現象 / カラーノイズ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
液晶電気対流系を用いてその対流発生閾値と対流構造のノイズ影響を調査した．従来の振幅ノイズに加えて位相ノイズに対する影響を体系的に調べた．特にノイズの適切なカラー化（Low-pass filterのCutoff周波数fcの制御）を試みた結果，以下のような具体的な成果が得られた．
(1)先ず，対流の有無の状況（さらに乱流Iと乱流IIの状態）において液晶の相転移温度(Tc)をAC電圧とノイズ電圧でそれぞれ調査した．その相転移温度依存性において類似性と相違性を検討した．特に，相転移温度の電圧依存関数の違いが明らかになった．さらにノイズ電圧においては非単調的な変化が観測できた．
(2)次に，振幅及び位相ノイズのCutoff周波数を制御しながら，対流発生閾値(Vc)をCarr-Helfrichの１次元支配方程式を用いて数値計算で調査した．これまでの実験調査で，位相ノイズのみで発見した「確率共鳴現象(Stochastic Resonance)」と，振幅ノイズのみで発見した「逆確率共鳴現象(Inverse Stochastic Resonance)」が数値計算でも確認できた．さらに，その両共鳴現象が転移することを明らかにした．これは世界で初めての成果である．
(3)最後に，上記(2)の両共鳴現象の転移を，実験で再現するため，両ノイズの強度とCutoff周波数を同時に制御しながら調査した．現在では，その両ノイズによって，確率共鳴現象または逆確率共鳴現象が制御できるところまでは確認できた．
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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
本研究課題に取り上げた調査項目の一つ「振幅及び位相の変調を混合した状況での静止電気対流(Williams Domains)の調査」は，以下のような理由から概ねその成果が出たと判断できる．
(1)先ず，当初予定していた数値計算の実装がMATLABを用いて，順調に進んでいる．(実験で)予想されていた対流発生閾値のふるまいが，振幅及び位相ノイズ（強度とCutoff周波数）の同時制御で再現できた．
(2)次に，典型的な液晶（MBBA）の物性値を用いて実験で観測可能な対流発生閾値が再現でき，実験調査でも確率共鳴現象及び逆確率共鳴現象を両ノイズによって観測できた．ただし，両共鳴現象の転移についてはまだ再現できていない．
(3)さらに，高強度のノイズにおいては対流の構造変化が生じることが実験的に確認できた．ノイズ強度の増加に伴い，静止パターンから局在化していく様子が確認できた．すなわち，ノイズは対流の閾値だけの問題ではなく対流の構造変化に深く関係していることが明らかになった．
(4)最後に，次年度の調査項目の一つ「局在化したパターンの発生条件と詳細構造（液晶のディレクター場）を含む発生メカニズムの解明」に対する実験的な手掛かりが見えた．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題では振幅及び位相のゆらぎを混合した状況で，①静止パターン及び進行波の発生条件及び時空間特性の変化を調査する．また，②局在化したパターンの発生条件と詳細構造（液晶のディレクター場）を含む発生メカニズムの解明ともにそのダイナミクスを調査する．さらに，③振幅及び位相の変調を混合した状況で上記①－②を調査する．
前述した前年度の成果を踏まえて，以下のように調査を進める．
(1)先ず，MBBA以外の別の液晶(例えば，EBBA等)を用いて，数値計算と実験を行い，確率共鳴現象及び逆確率共鳴現象の普遍性を確かめる．振幅及び位相ノイズの同時制御はこれまでの報告事例がなく比較対象がないため，いくつかの液晶で確かめる必要がある．
(2)次に，「進行波(Traveling Waves)」についてはこれまでガウシアン・ホワイト振幅ノイズについての調査があったが，位相ノイズまたカラーノイズについては調査事例がない．実験研究を通してその閾値や位相速度等の特徴においてのノイズ影響を調べる．
(3)最後に，前述した「局在波(Localized Patterns)」に対するノイズ影響を調査する．現在，高強度のノイズと初期液晶配向による奇妙な局在波が観測されているが，その構造の詳細(液晶のディレクター場)と発生メカニズムはまだ未解明のままである．電気光学的実験研究でそれらを調査・議論する．
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| Causes of Carryover |
前年度はコロナ規制の影響で国内及び国際会議への参加・発表ができなかったため，次年度使用額が生じた．この使用額は現在審査中のトップジャーナルの論文投稿費用（プレミアム英文校正）とオープンアクセス費用に充てる予定である．また本来の次年度予算額は当初の予定（物品購入，国内外の旅費，人件費等）通りに執行する予定である．特に，研究課題の一つである「進行波」と「局在波」のダイナミックス解析のため，流体動画解析ソフト（Flownizer2D, ディテクト社,約70万円）を導入する予定である．
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