2014 Fiscal Year Annual Research Report
分子論と連続体をつなぐ新たな流動計測理論と相似則の確立
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26709008
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
花崎 逸雄 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (10446734)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ナノ・マイクロ / 熱揺らぎ / ブラウン運動 / 拡散 / 一粒子追跡 / 一分子計測 / 非ガウス性 / 液体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
初年度で得た成果に共通するのは分子論と連続体をつなぐメゾスケールの領域における主として流体中の微小な粒子や分子の特異な挙動を明らかにすることである．特に，時間の関数であるような動的特性について，熱揺らぎの影響をつぶさにとらえることで，マクロな系とは顕著に異なる特性評価を進めることができた．計測対象が小さくなるほど注目する物理量の平均値に対する揺らぎの大きさが増す．マクロな視点に基づく従来型のアプローチでは，いかにして熱揺らぎの影響を抑えるかという努力がなされてきた．しかし，対象それ自体が分子論的原理によって揺らいでいる場合には，その揺らぎの特徴を捉えることも，対象の特性を明確に評価するための本質的な方法である．初年度は，水中におけるブラウン運動について原子レベルの数値解析に基づく検討によりLangevin方程式の領域を超えるダイナミクスの特徴を発見した．特に，熱揺動力の非ガウス性が現れる条件や，拡散係数が粒子の質量に依存するための条件を明らかにすることができた．これは，今後実験的に重要である水中のメゾスケール領域を「場と揺らぎの共存」として考える本研究代表者の構想においてとても有用なものである．この知見はJ. Chem. Phys.から出版されたが，本年度は学術雑誌論文出版以外にも，International Workshop on Extended-nano Fluidics (IWENF2015)にて招待講演をおこない，理工学系における様々な開発指向分野の研究者が目指しているナノデバイスでの一分子計測への広報的活動も高い水準で行うことができた．基礎的な数理を実際的な技術課題解決に活かす取り組みとしても着実に歩みを進めている．
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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
初年度から論文出版や招待講演などがあり，分子論と連続体をつなぐカギとなる熱揺らぎの取扱いについて既存の概念を超える知見も得られた．これは，対象とする系のダイナミクスを「場と揺らぎの共存」として捉えるという本研究代表者の構想における今後の計測理論への展開の端緒としてふさわしい成果である．
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度は分子論的な起源による揺らぎが粗視化によってどのような特徴として現れるのかを，普遍的な理論と個別具体的な系の特徴の関係を吟味する形で追究した．次年度はそれを踏まえて，徐々に計測のための知見へ展開していく．光学顕微鏡をはじめとする各種計測手法が共通して持つ時空間解像度の問題も視野に入れながら，最大限に生データを活用できる計測理論の構築へ向けて一歩ずつ取り組んでいく．
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| Causes of Carryover |
計測システムの構築において，当初よりも機能性の高い方策を見出したため，その構築を本格的に行う次年度にまわした分がある．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
生データを高速に処理できる解析システムを含め計測システムの構築を中心として使用する．
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