2018 Fiscal Year Annual Research Report
Terahertz spectroscopic study of universal dynamics on fractal nature of proteins and polymers
Publicly Offered Research
| Project Area | Discrete Geometric Analysis for Materials Design |
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| Project/Area Number |
18H04476
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
森 龍也 筑波大学, 数理物質系, 助教 (30598074)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | テラヘルツ / 高分子ガラス / フラクタルダイナミクス / フラクトン / ボゾンピーク |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ガラスのテラヘルツ帯普遍的励起であるボゾンピークや高分子ガラスのテラヘルツ帯励起と考えられるフラクトン励起に関し、テラヘルツ時間領域分光を主とした分光研究を推進している。ボゾンピークに関する基礎的な実験研究と分子動力学計算による知見から、2つの進展が見られた。一つは、ナノアモルファス領域におけるボゾンピークのテラヘルツ分光により、ボゾンピークの波長と考えられる数ナノメートルのアモルファスがあればボゾンピークが存在し、かつテラヘルツ分光で検出可能であることが示唆されている。これにより、ミクロ相分離構造などのナノスケールアモルファスに対するボゾンピーク分光研究の展開がテラヘルツ帯分光によって可能であることが示された。
もう一つは、ボゾンピーク周波数の決定要因として水素結合が重要な因子になり得ることが示された。この知見は有機物のボゾンピークを理解する上で欠かせない基礎的な知見になると考えている。
一方、フラクタルダイナミクスに関し、非晶質に対する線形応答理論とフラクトンモデルの分散関係を組み合わせることでフラクトン領域の赤外光振動結合定数の表式を見出し、テラヘルツ分光によるフラクトン研究が可能であることの先鞭をつけた。また、パーシステントホモロジーの理論におけるフラクタル次元の定義を用いて、タンパク質の構造に対するパーシステント図からフラクタル次元を決定し、その妥当性について検討を行っている。
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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
高分子ガラスのボゾンピークとフラクタルダイナミクスに関する分光研究を推進し、その成果を論文にまとめていること、及びそれに関連した国際学会の招待講演が2件、国際学会のポスター賞が1件、日本物理学会若手奨励賞などの受賞2件を得ており、概ね順調に研究の進展と成果が出ていると考えている。また、ナノスケールアモルファス粒子のボゾンピークの存在を分光実験により明らかにしつつあり、今後、ミクロ相分離などの種々のナノスケールアモルファスに対し、テラヘルツ分光が有効である先鞭をつけている。加えて、パーシステントホモロジー理論のフラクタル次元をパーシステント図から抽出することにも成功しており、テラヘルツ帯ダイナミクスの記述子の一つになるかを検証するための基礎知見を得ることに成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
フラクタルダイナミクスに関し、フラクトン領域の赤外光振動結合定数の表式に関する論文を出版する。また、パーシステントホモロジーの理論におけるフラクタル次元を種々のタンパク質や高分子ガラスについて調べる。また、ミクロ相分離を見せる高分子ガラスの系に対するテラヘルツ帯分光研究を開始し、ボゾンピークとフラクタルダイナミクスに関する基礎知見を得る予定である。
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[Presentation] Boson peak dynamics of densified silica glassprobed by terahertz time-domain spectroscopy2018
Author(s)
Tatsuya Mori, Yasuhiro Fujii, Suguru Kitani, Koki Nakano, Norimasa Nishiyama, Yohei Onodera, Shinji Kohara, Atsunobu Masuno, Akitoshi Koreeda, Hitoshi Kawaji, Seiji Kojima
Organizer
ICG Annual Meeting 2018
Int'l Joint Research
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[Presentation] Detection of Boson Peak and Fractal Dynamics of Protein by Terahertz Time-Domain Spectroscopy2018
Author(s)
Mori Tatsuya, Jiang Yue, Motoji Leona, Terao Wakana, Shiraki Kentaro, Yamamoto Yohei, Kojima Seiji, Fuiii Yasuhiro, Koreeda Akitoshi, Kitani Suguru
Organizer
The 43th International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2018)
Int'l Joint Research
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