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2018 Fiscal Year Annual Research Report

時空階層性の物理学 : 単純液体からソフトマターまで

Research Project

Project/Area Number 25000002
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

田中 肇  東京大学, 生産技術研究所, 教授

Project Period (FY) 2013 – 2018
Keywords時空階層性 / 単純液体 / ソフトマター / 共同体機能発現
Outline of Annual Research Achievements

1. 水の物理に関して : (1)水の熱力学・動力学異常について研究を行い、両者が構造秩序変数そのものとそれを隣接分子まで空間的に粗視化したものによりそれぞれあらわされることを見出した。これは、両者の起源がともに局所的な正四面体構造形成に起因していることを強く示唆しており、我々の提唱する2状態モデルを強く支持する結果である。(2)また、水とシリカはともに正四面体構造をとるが、ガラス形成能に関しては、両者は極端に異なる性質を示す。その原因が、水における水素とシリカにおける酸素の空間配列の乱れの度合いの相違からきていることを発見した。2. 液体・液体転移に関して : 亜リン酸トリフェニルにおいて、液体・液体転移の可逆性を初めて明らかにするとともに、ダイナミクスを誘電緩和スペクトル測定により実時間追跡することに成功した。その結果は、我々の提唱する二秩序変数モデルの予測と一致した。3. ガラス転移現象に関して : (1)これまで局所的に安定な構造が未知であった、2成分粒子系において、局所的なパッキング能を定量化することで、隠れた構造秩序構造をあぶりだすことに成功し、温度低下とともに、その構造の相関長が動的不均一性の相関長とコヒーレントに成長することを見出した。これは、過冷却液体の示す遅いダイナミクスの背景に構造秩序の発達があるという、我々の提唱するシナリオを強く支持する結果である。(2)ガラス状態にある物質のエイジング、結晶化について研究を行い、固体ガラス状態において進行する遅い過程が、粒子の連続的な運動ではなく、雪崩的な運動により誘起されることを見出した。さらに、その背景に、粒子間の力のバランスにより自己組織的に形成される力鎖のネットワーク構造があることを見出した。(3)ずり流動下で過冷却液体の粘性が減少するいわゆるシアシニング現象の背景に、液体の構造変化があることを明らかにした。特にずりにより引き延ばされる方向の構造エントロピーが、重要な構造指標であることを発見した。4. 結晶化に関して : (1)水の新しい準安定な氷を発見し、氷の各形成において前駆体として働くことを明らかにした。(2)二つの結晶相への結晶化の競合により結晶化が阻害される原因が、その付近で結晶的な回転対称性の破れの度合いが低下し、そのため界面エネルギコストが上がり結晶核形成に対するエネルギー障壁が上がるためであることを見出した。5. 非線形流動に関して : (1)せん断流れ下にある液体の壁面でのスリップの新しい機構を発見した。(2)高密度な粉体が液体中に分散した系において、その動的な挙動が流体に非圧縮性により大きな影響を受けている証拠を見出した。6. ソフトマターに関して : (1)コロイド分散系の相分離を任意パラメータなしに数値シミュレーションにより再現することに成功するとともに、ドメインの粗大化の新しい法則を発見した。(2)多孔質中の相分離のモルフォロジーを決定する物理機構を明らかにした。(3)コロイドの濃厚分散系に存在すると信じられてきた引力ガラス状態が、実はガラスではなく、空間的な不均一性を持つゲル状態であることを見出した。(4)共焦点レーザ顕微鏡による実験により、ゲル化における運動凍結の起源がガラス化の場合と結晶化の場合があることを明らかにするとともに、それを制御している物理因子を明らかにした。以上のように液体・ソフトマターの時空階層性に関して多くの基本的な問題を解明することに成功した。

  • Research Products

    (76 results)

All 2019 2018 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (15 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Peer Reviewed: 15 results,  Open Access: 4 results) Presentation (55 results) (of which Int'l Joint Research: 25 results,  Invited: 13 results) Remarks (3 results)

  • [Int'l Joint Research] Bristol University(イギリス)

    • Country Name
      イギリス
    • Counterpart Institution
      Bristol University
  • [Int'l Joint Research] Institut Lumière Matière、Université Claude Bernard Lyon 1(フランス)

    • Country Name
      FRANCE
    • Counterpart Institution
      Institut Lumière Matière、Université Claude Bernard Lyon 1
  • [Int'l Joint Research] Max Planck研究所(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      Max Planck研究所
  • [Journal Article] Distinct signature of local tetrahedral ordering in the scattering function of covalent liquids and glasses2019

    • Author(s)
      Rui Shi and Hajime Tanaka
    • Journal Title

      Science Advances

      Volume: 5 Pages: eaav3194

    • DOI

      10.1126/sciadv.aav3194

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Link between molecular mobilityand order parameter during liquid-liquid transition of a molecular liquid2019

    • Author(s)
      Ken-ichiro Murata and Hajime Tanaka
    • Journal Title

      Proceedings of National Academy of Science (PNAS)

      Volume: 5 Pages: eaav3194

    • DOI

      10.1126/sciadv.aav3194

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Modifying Nobili-Durand surface energy for conically degenerate anchorings at the interface of liquid crystal colloids2019

    • Author(s)
      Seyed Reza Seyednejad, Takeaki Araki and Mohammad Reza Mozaffari
    • Journal Title

      Physical Review E

      Volume: 99 Pages: 032702

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.99.032702

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Slow dynamics coupled with cluster formation in ultrasoft-potential glasses2019

    • Author(s)
      Ryoji Miyazaki and Takeshi Kawasaki and Kunimasa Miyazaki
    • Journal Title

      The Journal of Chemical Physics

      Volume: 150 Pages: 074503

    • DOI

      10.1063/1.5086379

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Water-like anomalies as a function of tetrahedrality2018

    • Author(s)
      John Russo, Kenji Akahane and Hajime Tanaka
    • Journal Title

      Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)

      Volume: 115 Pages: E3333-E3341

    • DOI

      10.1073/pnas.1722339115

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Physical foundation of the fluid particle dynamics method for colloid dynamics simulation2018

    • Author(s)
      Akira Furukawa, Michio Tateno and Hajime Tanaka
    • Journal Title

      Soft Matter

      Volume: 14 Pages: 3738-3747

    • DOI

      10.1039/c8sm00189h

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Glass Forming Ability in Systems with Competing Orderings2018

    • Author(s)
      John Russo, Flavio Romano and Hajime Tanaka
    • Journal Title

      Physical Review X

      Volume: 8 Pages: 021040

    • DOI

      10.1103/PhysRevx.8.021040

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Hydrodynamic simulations of charge-regulation effects in colloidal suspensions2018

    • Author(s)
      Kyohei Takae and Hajime Tanaka
    • Journal Title

      Soft Matter

      Volume: 14 Pages: 4711-4720

    • DOI

      10.1039/C8SM00579F

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Origin of the emergent fragile-to-strong transition in supercooled water2018

    • Author(s)
      Rui Shi, John Russo and Hajime Tanaka
    • Journal Title

      Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)

      Volume: 115 Pages: 9444-9449

    • DOI

      10.1073/pnas.1807821115

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Self-organization into ferroelectric and antiferroelectric crystals via the interplay between particle shape and dipolar interaction2018

    • Author(s)
      Kyohei Takae and Hajime Tanaka
    • Journal Title

      Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)

      Volume: 115 Pages: 9917-9922

    • DOI

      10.1073/pnas.1809004115

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Common microscopic structural origin for water's thermodynamic and dynamic anomalies2018

    • Author(s)
      Rui Shi, John Russo and Hajime Tanaka
    • Journal Title

      Journal of Chemical Physics

      Volume: 149 Pages: 224502

    • DOI

      10.1063/1.5055908

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Volume-shrinking kinetics of transient gels as a consequence of dynamic interplay between phase separation and mechanical relaxation2018

    • Author(s)
      Takehito Koyama and Hajime Tanaka
    • Journal Title

      Physical Review E

      Volume: 98 Pages: 62617

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.98.062617

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Interactions between pentagonal truncated pyramids with homeotropic anchoring in a nematic liquid crystal2018

    • Author(s)
      Seyed Reza Seyednejad, Mohammad Reza Mozaffari, Takeaki Araki and Ehsan Nedaaee Oskoee
    • Journal Title

      Physical Review E

      Volume: 98 Pages: 032701

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Entropy anomaly and linear irreversible thermodynamics2018

    • Author(s)
      Kunimasa Miyazaki and Yohei Nakayama and Hiromichi Matsuyama
    • Journal Title

      Physics Revies E

      Volume: 98 Pages: 022101

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.98.022101

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Ideal Glass States Are Not Purely Vibrational : Insight from Randomly Pinned Glasses2018

    • Author(s)
      Misaki Ozawa and Atsushi Ikeda and Kunimasa Miyazaki and Walter Kob
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 121 Pages: 0205501

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.121.205501

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Structural Ordering in colloidal Suspensions - Simulations and experiments2019

    • Author(s)
      Hajime Tanaka
    • Organizer
      APS March Meeting 2019
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Aggregation and phase transition of colloids induced by optical tweezers and thermophoresis2019

    • Author(s)
      Nicolas Bruot and Hajime Tanaka
    • Organizer
      APS March Meeting 2019
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 液体-液体相転移の圧縮性流体力学効果2019

    • Author(s)
      高江恭平・田中肇
    • Organizer
      日本物理学会 第74回年次大会
  • [Presentation] ネットワーク上の相分離みられる普遍的な粗大化メカニズム2019

    • Author(s)
      舘野道雄・田中肇
    • Organizer
      日本物理学会 第74回年次大会
  • [Presentation] Impact of hydrodynamic interactions on self-organization of soft matter2018

    • Author(s)
      Hajime Tanaka, Michio Tateno, Ryotaro Shmizu, Yusuke Goto and Akira Furukawa
    • Organizer
      Designer Soft Matter 2018
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Antiferroelectric phase transition controlled by frustration between steric and dipolar interactions2018

    • Author(s)
      Kyohei Takae and Hajime Tanaka
    • Organizer
      Designer Soft Matter 2018
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Water-like anomalies as a function of tetrahedrality2018

    • Author(s)
      John Russo, Kenji Akahane and Hajime Tanaka
    • Organizer
      Water X
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Impact of Salt Ions on the Structure and Dynamics of Water : Insight from a New Microscopic Structural Descriptor2018

    • Author(s)
      Rui Shi and Hajime Tanaka
    • Organizer
      Water Ⅹ
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Growing static structural order controls both fast and slow dynamics in glass-forming liquids2018

    • Author(s)
      Hua Tong, John Russo and Hajime Tanaka
    • Organizer
      Unifying Concepts in Glass Physics Ⅶ
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Structural predictor for nonlinear sheared dynamics in simple glass-forming liquids2018

    • Author(s)
      Trond S. Ingebrigtsen, Hajime Tanaka
    • Organizer
      Unifying Concepts in Glass Physics Ⅶ
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Glass transition and crystallization of binary non-additive mixtures2018

    • Author(s)
      Ishino Seiichiro, Tanaka Hajime
    • Organizer
      Unifying Concepts in Glass Physics Ⅶ
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Antiferroelectricity in dipolar spheroids as a consequence of frustration between steric and dipolar interactions2018

    • Author(s)
      Kyohei Takae and Hajime Tanaka
    • Organizer
      Unifying Concepts in Glass Physics Ⅶ
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Glass forming ability in systems with competing orderings2018

    • Author(s)
      John Russo, Flavio Romano and Hajime Tanaka
    • Organizer
      Unifying Concepts in Glass Physics Ⅶ
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Common mechanism of thermodynamic and mechanical origin for ageing and crystallization of glasses2018

    • Author(s)
      Taiki Yanagishima, John Russo and Hajime Tanaka
    • Organizer
      Unifying Concepts in Glass Physics Ⅶ
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Impact of Salt Ions on the Structure and Dynamics of Water : Insight from a New Microscopic Structural Descriptor2018

    • Author(s)
      Rui Shi, Anthony J. Cooper and Hajime Tanaka
    • Organizer
      The 12th Mini-Symposium on Liquids
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Impact of structural ordering in supercooled liquids on glassy slow dynamics and glass-forming ability2018

    • Author(s)
      Hajime Tanaka
    • Organizer
      15th International Conference on the Physics of Non-Crystalline Solids
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Impact of local structural ordering on the anomalies and crystallization of water2018

    • Author(s)
      Hajime Tanaka
    • Organizer
      CECAM Workshop on Heterogeneous Ice Nucleation : The Ultimate Challenge for Molecular Modelling?
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Structural predictor for nonlinear sheared dynamics in simple glass-forming liquids2018

    • Author(s)
      Trond S. Ingebrigsten and Hajime Tanaka
    • Organizer
      The 9th International Conference on Multiscale Materials Modeling
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Impact of local symmetry breaking on the physical properties of tetrahedral liquids2018

    • Author(s)
      Rui Shi and Hajime Tanaka
    • Organizer
      The 9th International Conference on Multiscale Materials Modeling
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Physical nature of intermittent dynamics in glasses2018

    • Author(s)
      Hajime Tanaka
    • Organizer
      International Conference on Advances in Physics of Emergent orders in Fluctuations 2018 (APEF2018)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Shape controls polarization : Self-organization into ferroelectric and antiferroelectric crystals by shape-anisotropic particles2018

    • Author(s)
      Kyohei Takae and Hajime Tanaka
    • Organizer
      Soft Matter Physics : from the perspective of the essential heterogeneity
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 過冷却液体における方位秩序形成と遅いダイナミクス2018

    • Author(s)
      田中肇・Hua Tong・Rui Shi・John Russo・Flavio Romano
    • Organizer
      東京大学物性研究所短期研究会 -ガラス転移と関連分野の最先端研究-
    • Invited
  • [Presentation] ガラスの熱応力破壊現象2018

    • Author(s)
      小林美加・北井賢吾・田中肇
    • Organizer
      東京大学物性研究所短期研究会-ガラス転移と関連分野の最先端研究-
  • [Presentation] 立体斥力と双極子相互作用の競合による強誘電-反強誘電相転移2018

    • Author(s)
      高江恭平・田中肇
    • Organizer
      東京大学物性研究所短期研究会-ガラス転移と関連分野の最先端研究-
  • [Presentation] 非相加系のガラス転移と結晶化2018

    • Author(s)
      石野誠一郎・田中肇
    • Organizer
      東京大学物性研究所短期研究会-ガラス転移と関連分野の最先端研究-
  • [Presentation] ガラスと結晶化の間の深い関係2018

    • Author(s)
      田中 肇
    • Organizer
      関東高分子若手研究会 2018年春の講演会「高分子・ソフトマターの構造ダイナミクス解析」
    • Invited
  • [Presentation] コロイドの動力学に対するSchmidt数の影響2018

    • Author(s)
      舘野道雄・田中肇
    • Organizer
      日本物理学会2018年秋季大会
  • [Presentation] 単純な粒子モデルによる強誘電-反強誘電相転移のダイナミクス2018

    • Author(s)
      高江恭平・田中肇
    • Organizer
      日本物理学会2018年秋季大会
  • [Presentation] 非相加系の秩序化とガラス転移2018

    • Author(s)
      石野誠一郎・田中肇
    • Organizer
      日本物理学会2018年秋季大会
  • [Presentation] ポリマーブレンドの相分離2018

    • Author(s)
      小林美加・田中肇
    • Organizer
      日本物理学会2018年秋季大会
  • [Presentation] 表面電荷の自己組織化を伴うコロイドの流体力学シミュレーション2018

    • Author(s)
      高江恭平・田中肇
    • Organizer
      第69回コロイドおよび界面化学討論会
    • Invited
  • [Presentation] Propelled motion of Janus particles in binary mixtures2018

    • Author(s)
      Takeaki Araki
    • Organizer
      Soft matter at interfaces 2018
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] ダイマー・モノマー混合系におけるSoret効果2018

    • Author(s)
      近清なつみ・荒木武昭
    • Organizer
      2018年日本物理学会秋季大会
  • [Presentation] Structures and Slow Dynamics of a Simple Active Matter Model2018

    • Author(s)
      Kunimasa Miyazaki
    • Organizer
      Soft Matter Physics : from the perspective of the essential heterogeneity
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Structures and Slow Dynamics of a Simple Active Matter Model2018

    • Author(s)
      宮崎州正
    • Organizer
      統計物理学懇談会(第7回)
    • Invited
  • [Presentation] 異常エントロピー生成と線形非平衡熱力学2018

    • Author(s)
      宮崎州正, 中山洋平, 松山洋道
    • Organizer
      日本物理学会 2018年度秋季大会
  • [Presentation] ガラス転移点近傍におけるアクティブマターの動的相関長2018

    • Author(s)
      小野嘉己, 川崎猛史, 宮崎州正
    • Organizer
      日本物理学会 2018年度秋季大会
  • [Presentation] Reproducing Reversible-Irreversible Transition of Dilute Sheared Suspension from a Deterministic Set of Equations-Effect of Hydrodynamic and Non-Hydrodynamic Interaction2018

    • Author(s)
      葉韋廷, 川崎猛史, 宮崎州正
    • Organizer
      日本物理学会 2018年度秋季大会
  • [Presentation] 周期剪断下の高密度分散系における降伏現象と粒子軌道の周波数依存性2018

    • Author(s)
      今村桃太, 川崎猛史, 宮崎州正
    • Organizer
      日本物理学会 2018年度秋季大会
  • [Presentation] 一般化されたActive Ornstein-Uhlenbeck Particleモデルとその数値シミュレーション2018

    • Author(s)
      游夏, 川崎猛史, 宮崎州正
    • Organizer
      日本物理学会 2018年度秋季大会
  • [Presentation] アクティブマターを用いたガラスの動的不均一性2018

    • Author(s)
      小野嘉己, 川崎猛史, 宮崎州正
    • Organizer
      第8回ソフトマター研究会
  • [Presentation] 周期剪断下の高密度分散系における降伏現象と粒子軌道の周波数依存性2018

    • Author(s)
      今村桃太, 川崎猛史, 宮崎州正
    • Organizer
      第8回ソフトマター研究会
  • [Presentation] コロイド分散系におけるNernst効果の理論的解析2018

    • Author(s)
      松山洋道, 宮崎州正
    • Organizer
      第8回ソフトマター研究会
  • [Presentation] アモルファス固体における音速の波数・周波数依存性とボゾンピークの関係2018

    • Author(s)
      二村有哉, 川﨑猛史, 宮崎州正
    • Organizer
      日本物理学会 2019年年次大会
  • [Presentation] アクティブマターのガラス転移と動的不均一性2018

    • Author(s)
      小野嘉己, 川崎猛史, 宮崎州正
    • Organizer
      日本物理学会 2019年年次大会
  • [Presentation] 磁場と温度勾配がある系におけるブラウン粒子の異常輸送2018

    • Author(s)
      松山洋道, 宮崎州正
    • Organizer
      日本物理学会 2019年年次大会
  • [Presentation] Memory and Training Effect on Yielding/Reversible-Irreversible Transition of Cyclically Deformed Glasses2018

    • Author(s)
      Wei-Ting Yeh and Misaki Ozawa and Kunimasa Miyazaki and Ludovic Berthier and Takeshi Kawasaki
    • Organizer
      日本物理学会 2019年年次大会
  • [Presentation] 周期剪断下の高密度分散系における降伏現象と粒子軌道の周波数依存性Ⅱ2018

    • Author(s)
      今村桃太, 川崎猛史, 宮崎州正
    • Organizer
      日本物理学会 2019年年次大会
  • [Presentation] shear thinning in glassy liquids2018

    • Author(s)
      Akira Furukawa
    • Organizer
      Annual European Rheology Conference 2018 (AERC 2018)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] fragile-strongガラス形成液体間のレオロジーに見られる質的な違いについて2018

    • Author(s)
      古川 亮
    • Organizer
      東京大学物性研究所短期研究会
  • [Presentation] Qualitative difference in the dynamcis between strong and fragile glass-formers2018

    • Author(s)
      Akira Furukawa
    • Organizer
      Unifying Concepts in Glass Physics IIV
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Key role of density in the strong-fragile classification of glass-forming liquids2018

    • Author(s)
      Akira Furukawa
    • Organizer
      ENS-Utokyo workshop
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] fragileおよびstrongガラス形成液体が示すレオロジー挙動の質的な違いについて2018

    • Author(s)
      古川 亮
    • Organizer
      レオロジー討論会
  • [Presentation] Qualitative difference in the dynamcis between strong and fragile glass-formers2018

    • Author(s)
      Akira Furukawa
    • Organizer
      Soft matter physics : from the perspective of the essential heterogeneity
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ガラス化に伴う協同性の発現と成長 : 密度揺らぎからの探索2018

    • Author(s)
      古川 亮
    • Organizer
      日本物理学会年次大会
  • [Remarks]

    • URL

      http://tanakalab.iis.u-tokyo.ac.jp/

  • [Remarks]

    • URL

      https://www.r.phys.nagoya-u.ac.jp/index-j.shtml

  • [Remarks]

    • URL

      http://stat.scphys.kyoto-u.ac.jp/

URL: 

Published: 2021-07-06  

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