2019 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 / フラクトン / ボゾンピーク |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ガラス形成物質に見られるテラヘルツ帯普遍的励起であるボゾンピークやフラクタル構造体の普遍的励起であるフラクトンに関し、テラヘルツ時間領域分光を主とした分光研究を推進した。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って得た知見から、ナノアモルファス領域において系が相分離を起こす場合にボゾンピークも分離することが明らかとなった。これは、高分子のミクロ相分離の系への応用が期待できる。また、ボゾンピーク周波数近傍の誘電関数はローレンツモデルやデバイ緩和モデルで表現できない特異性を持つが、これを克服するためにフォノン-ポラリトンの分散関係において減衰幅に波数依存性を持たせることによって解決した[arXiv:2004.12358]。
フラクトン励起に関し、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、フラクトン領域の赤外光振動結合定数の表式を提案し、タンパク質リゾチームに対するテラヘルツ分光によって検証を行った[arXiv:1910.04400]。このフラクトンを調べるために粗視化分子動力学 計算による予備研究を実施したが[Sci. Rep. 2019]、振動状態密度にフラクトンは発現しなかった。理由は、実施した計算において高分子1本鎖のフラクタル次元は２であるが、系全体のフラクタル次元は３でありフラクタル構造体ではなかったことに由来していると結論した。また、パーシステントホモロジー理論におけるパーシステントホモロジー次元とフラクタル次元を比較し、タンパク質の主鎖に関する2 次（空洞）のパーシステント図から得られるパーシステントホモロジー次元が、フラクタル次元と同様の値を示すことを見出した。
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] Molecular Vibration and Boson Peak Analysis of Glucose Polymers and Ester via Terahertz Spectroscopy2020
Author(s)
Junlan Zhong, Tatsuya Mori, Yasuhiro Fujii, Takanari Kashiwagi, Wakana Terao, Midori Yamashiro, Hidotoshi Minami, Manabu Tsujimoto, Teruhiko Tanaka, Hidehisa Kawashima, Junko Ito, Masashi Kijima, Masatoshi Iji, Makoto M. Watanabe, Kazuo Kadowaki
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Journal Title
Carbohydr. Polym.
Volume: 232
Pages: 115789/1-7
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Detection of boson peak and fractal dynamics of disordered system using terahertz spectroscopy2019
Author(s)
Tatsuya Mori, Yue Jiang, Yasuhiro Fujii, Suguru Kitani, Hideyuki Mizuno, Akitoshi Koreeda, Leona Motoji, Hiroko Tokoro, Kentaro Shiraki, Yohei Yamamoto, Seiji Kojima
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Journal Title
arXiv.org
Volume: -
Pages: 1-33
DOI
Open Access
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[Journal Article] Spectroscopic characterization at THz frequencies of glucose-based biomaterials: paramylon, paramylon-ester and cellulose2019
Author(s)
Julan Zhong, Tatsuya Mori, Midori Yamashiro, Takanari Kashiwagi, Teruhiko Tanaka, Hidehisa Kawashima, Junko Ito, Masashi Kijima, M. Iji, Makoto M. Watanabe, K. Kadowaki
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Journal Title
2019 44th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz)
Volume: -
Pages: 1-2
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Spectroscopic properties of antimony modified germanate glass doped with Eu3+ ions2019
Author(s)
R. Szal, J. Zmojda, M. Kochanowicz, P. Miluski, J. Dorosz, M. Lesniak, P. Jelen, B. Starzyk, M. Sitarz, M. Kuwik, J. Pisarska, W. A. Pisarski, Y. Iijima, T. Mori, D. Dorosz
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Journal Title
https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.08.223
Volume: 45
Pages: 24811-24817
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] テラヘルツ帯分光による非晶質一酸化シリコンのボゾンピークの研究2020
Author(s)
森龍也, 増渕麻衣子, 藤井康裕, 気谷卓, 小原真司, 平田秋彦, 所裕子, 大越慎一, 是枝聡肇, 川路均, 小島誠治
Organizer
日本物理学会 第75回年次大会
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[Presentation] Terahertz time-domain spectroscopic study on an oxide glass with entropic elasticity2020
Author(s)
Jeonghyuk Kim, Tatsuya Mori, Seiji Inaba, Takanari Kashiwagi, Yasuhiro Fujii, Suguru Kitani, Hitoshi Kawaji, Akitoshi Koreeda, Soo Han Oh, Jae-Hyeon Ko, Seiji Kojima
Organizer
APS March Meeting 2020
Int'l Joint Research
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[Presentation] Spectroscopic characterization at THz frequencies of glucose-based biomaterials: paramylon, paramylon-ester and cellulose2019
Author(s)
Junlan Zhong, Tatsuya Mori, Midori Yamashiro, Takanari Kashiwagi, Teruhiko Tanaka, Hidehisa Kawashima, Junko Ito, Masashi Kijima, Masatoshi Iji, Makoto M. Watanabe, Kazuo Kadowaki
Organizer
IRMMW-THz 2019 (44th International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves)
Int'l Joint Research
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