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変形可能な超粒子分散系におけるパッシブ・アクティブダイナミクスの統一的研究

研究課題

研究課題/領域番号 16H06018
研究種目

若手研究(A)

配分区分補助金
研究分野 生物物理・化学物理・ソフトマターの物理
研究機関名古屋大学

研究代表者

川崎 猛史  名古屋大学, 理学研究科, 助教 (10760978)

研究協力者 金 鋼  
芝 隼人  
ベルティエ ルドヴィック  
宮崎 州正  
小貫 明  
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円)
2018年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2017年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2016年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
キーワードレオロジー / ジャミング転移 / ガラス転移 / 非平衡相転移 / 非線形レオロジー / 計算物理 / ソフトマター物理 / 生物物理
研究成果の概要

本研究では,柔らかいモデル粒子を用い,エマルションやコロイドなど想定した,熱揺らぎに駆動される「パッシブな粒子」や,細胞など自己駆動する粒子を想定した「アクティブな粒子」の高密度分散系における流動特性や振動特性を明らかにすることを目的として研究を進めた.その結果,パッシブな粒子系においては,複雑な非線形流動現象に対する粒子の柔らかさの重要性を明らかにした.さらには,周期剪断下にある柔らかい粒子を用いることにより新しいタイプの非平衡相転移を発見した.一方,アクティブな粒子系においては,粒子の柔らかさと自己駆動力との線形応答関係を利用することにより,固体の振動特性を抽出する新手法を開発した.

研究成果の学術的意義や社会的意義

高分子,エマルション,コロイド分散系をはじめとするソフトマターは,基礎科学のみならず,食品,医療,化粧品業界等にとっても重要である.従来研究では,熱揺らぎによるブラウン運動や,一様外場中における応答など,個体の自己駆動がない「パッシブな系」が用いられてきた.一方近年,細胞や生物の群れなど,自らエネルギーを生み出し自己駆動する「アクティブな系」も研究対象となっている.その両者において,個体は複雑な内部自由度を有しており,その変形が重要になるが,従来研究は粒子の変形や柔らかさを無視したものが殆どである.本研究では,いくつかの未解明問題における粒子の柔らかさの重要性を明らかにした.

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (38件)

すべて 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (5件) 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 4件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 8件、 謝辞記載あり 3件) 学会発表 (21件) (うち国際学会 10件、 招待講演 7件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] モンペリエ大学(フランス)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] モンペリエ大学(フランス)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] コンスタンツ大学(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Cambridge(英国)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [国際共同研究] Universite de Montpellier(フランス)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [雑誌論文] Slow dynamics coupled with cluster formation in ultrasoft-potential glasses2019

    • 著者名/発表者名
      Ryoji Miyazaki, Takeshi Kawasaki and Kunimasa Miyazaki
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 150 号: 7 ページ: 0745031-15

    • DOI

      10.1063/1.5086379

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Theory of applying shear strains from boundary walls: linear response in glasses2019

    • 著者名/発表者名
      Akira Onuki, Takeshi Kawasaki
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 150 号: 12

    • DOI

      10.1063/1.5082154

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Discontinuous shear thickening in Brownian suspensions2018

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Kawasaki and Ludovic Berthier
    • 雑誌名

      Phys. Rev. E

      巻: 98 号: 1 ページ: 0126091-15

    • DOI

      10.1103/physreve.98.012609

    • NAID

      130007736423

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Prediction and classification in equation-free collective motion dynamics2018

    • 著者名/発表者名
      Fujii Keisuke、Kawasaki Takeshi、Inaba Yuki、Kawahara Yoshinobu
    • 雑誌名

      PLOS Computational Biology

      巻: 14 号: 11 ページ: e1006545-e1006545

    • DOI

      10.1371/journal.pcbi.1006545

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Isolating long-wavelength fluctuation from structural relaxation in two-dimensional glass: cage-relative displacement2018

    • 著者名/発表者名
      Hayato Shiba, Peter Keim, and Takeshi Kawasaki
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Condensed Matter

      巻: 30 号: 9 ページ: 094004-094004

    • DOI

      10.1088/1361-648x/aaa8b8

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Identifying time scales for violation/preservation of Stokes-Einstein relation in supercooled water2017

    • 著者名/発表者名
      Kawasaki Takeshi、Kim Kang
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 3 号: 8

    • DOI

      10.1126/sciadv.1700399

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Excitation of vibrational soft modes in disordered systems using active oscillation2017

    • 著者名/発表者名
      Elsen Tjhung and Takeshi Kawasaki
    • 雑誌名

      Soft Matter

      巻: 13 号: 1 ページ: 111-118

    • DOI

      10.1039/c6sm00788k

    • NAID

      120006305606

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Unveiling Dimensionality Dependence of Glassy Dynamics: 2D Infinite Fluctuation Eclipses Inherent Structural Relaxation2016

    • 著者名/発表者名
      Hayato Shiba, Yasunori Yamada, Takeshi Kawasaki, Kang Kim
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 117 号: 24 ページ: 245701-245701

    • DOI

      10.1103/physrevlett.117.245701

    • NAID

      130006710842

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Cluster Glass Transition of Ultrasoft-Potential Fluids at High Density2016

    • 著者名/発表者名
      Ryoji Miyazaki, Takeshi Kawasaki, and Kunimasa Miyazaki
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Lett.

      巻: 117 号: 16 ページ: 1657011-5

    • DOI

      10.1103/physrevlett.117.165701

    • NAID

      120005905582

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Macroscopic yielding in jammed solids is accompanied by a non-equilibrium first-order transition in particle trajectories2016

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Kawasaki and Ludovic Berthier
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 94 号: 2 ページ: 0226151-6

    • DOI

      10.1103/physreve.94.022615

    • NAID

      120005855928

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] A non-equilibrium phase transition in particle trajectories near the jamming transition2018

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Kawasaki
    • 学会等名
      Soft Matter Physics: from the perspective of the essential heterogeneity
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 第13回凝縮系科学賞受賞講演:過冷却液体の構造とダイナミクスに関する理論的研究2018

    • 著者名/発表者名
      川﨑猛史
    • 学会等名
      第12回領域横断研究会 凝縮系科学の最前線
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] A non-equilibrium phase transition in particle trajectories near the jamming transition2018

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Kawasaki
    • 学会等名
      International mini-workshop on Nonequlibrium transport and phase transition in novel materials
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] The reversible-irreversible transitions in particle trajectories near the jamming transition2018

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Kawasaki
    • 学会等名
      Physics of Jammed Matter
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Classification of the reversible-irreversible transitions in particle trajectories near the jamming transition2018

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Kawasaki
    • 学会等名
      Rheology of disordered particles; suspensions, glassy and granular materials:part II
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Discontinuous shear-thickening in Brownian suspensions2018

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Kawasaki
    • 学会等名
      Rheology of disordered particles I; suspensions, glassy and granular materials:part I
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Classification of the reversible-irreversible transitions in particle trajectories near the jamming transition2018

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Kawasaki
    • 学会等名
      Rheology of disordered particles II; suspensions, glassy and granular materials:part II
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Identification of the time-scales that support violation or preservation of Stokes-Einstein relation in supercooled water2018

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Kawasaki and Kang Kim
    • 学会等名
      Unifying Concepts in Glass Physics VII
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Identification of the time-scales that support violation or preservation of Stokes-Einstein relation in supercooled water2018

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Kawasaki and Kang Kim
    • 学会等名
      Designer soft matter
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ブラウン粒子の不連続シアシックニング2018

    • 著者名/発表者名
      川崎猛史, Ludovic Berthier
    • 学会等名
      日本物理学会 2018年度秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 周期剪断を与えた高密度分散系の粒子軌道に関する可 逆・不可逆非平衡相転移2017

    • 著者名/発表者名
      川﨑 猛史
    • 学会等名
      特別講演会 「粒子系の構造形成と不均一変形のダイナミクス」
    • 発表場所
      金沢大学角間キャンパス
    • 年月日
      2017-01-23
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ジャミング転移点近傍で見られる様々なタイプの可逆・不可逆粒子軌道転移2017

    • 著者名/発表者名
      永澤謙太郎、宮崎州正、川崎猛史
    • 学会等名
      日本物理学会第73回年次大会(2018) 東京理科大野田キャンパス(3月22日~25日)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] ジャミング転移点近傍で見られる様々なタイプの可逆・不可逆粒子軌道転移2017

    • 著者名/発表者名
      川崎猛史
    • 学会等名
      鳥取非線形研究会2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 過冷却水はなぜドロドロになるのか?: Stokes-Einstein 則の破れのメカニズム2017

    • 著者名/発表者名
      川崎猛史 , 金 鋼
    • 学会等名
      分子シミュレーション討論会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 高密度分散系における様々なタイプの可逆・不可逆粒子軌道転移2017

    • 著者名/発表者名
      川崎猛史
    • 学会等名
      第7回ソフトマター研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Identification of time-scales that support violation or preservation of Stokes-Einstein relation in supercooled water2017

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Kawasaki, Kang Kim
    • 学会等名
      Annual Meeting of the European Molecular Liquid Group 2017 (EMLG 2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Reversible-irreversible transitions in particle trajectories in oscillatory sheared systems near the jamming transition2017

    • 著者名/発表者名
      永澤謙太郎, 宮崎州正, 川崎猛史
    • 学会等名
      日本物理学会 第73回秋季大会(2017) 岩手大学 9月21日 (英語講演)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Macroscopic yielding in jammed solids is accompanied by a nonequilibrium first-order transition in particle trajectories2016

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Kawasaki
    • 学会等名
      Nara Workshop on Nonlinear Dynamics 2016 Dec. under HAS-JSPS Joint Research Project
    • 発表場所
      奈良女子大学
    • 年月日
      2016-12-07
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 周期振動下高密度分散系の粒子軌道に関する可 逆・不可逆不連続転移2016

    • 著者名/発表者名
      川﨑 猛史
    • 学会等名
      第 30 回分子シミュレーション討論会
    • 発表場所
      大阪大学豊中キャンパス
    • 年月日
      2016-11-30
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 周期剪断下高密度分散系の粒子軌道に関する可逆・不可逆不連続転移2016

    • 著者名/発表者名
      川﨑 猛史
    • 学会等名
      第6回ソフトマター研究会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2016-10-24
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 周期剪断下における高密度分散系の可逆・不可逆不連続転移2016

    • 著者名/発表者名
      川崎猛史, Ludovic Berthier
    • 学会等名
      日本物理学会 2016年秋季大会
    • 発表場所
      金沢大学角間キャンパス
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] Takeshi Kawasaki's home page

    • URL

      http://www.r.phys.nagoya-u.ac.jp/~kawasaki/index.html

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] Takeshi Kawasaki, Nagoya University

    • URL

      http://www.r.phys.nagoya-u.ac.jp/~kawasaki/index.html

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2022-01-31  

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