| 研究課題/領域番号 |
21J00034
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分13010:数理物理および物性基礎関連
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| 研究機関 | 東京大学 (2022)
慶應義塾大学 (2021) |
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研究代表者 |
中野 裕義 東京大学, 物性研究所, 助教
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-28 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
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| キーワード | 大規模分子動力学シミュレーション / アクティブマター / マイクロバブル / 非平衡ゆらぎ / 非平衡相転移 / 分子動力学シミュレーション / 揺らぐ流体力学 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
前世紀に著しく発展したナノテクノロジーによって、ナノバブルと呼ばれる流体現象が発見された。ナノバブルとは流体中に存在する気泡のうち直径1マイクロメートル以下の大きさのものを指す。1990年代以降の多くの実験によって、ナノバブルは数日を超える非常に長い寿命を持ち、固体表面に付着することで表面の性質を大きく変化させることが明らかとなった。しかしながら、日常(cm/s)スケールの現象を対象とする従来の流体理論はこのような非常に小さいサイズのバブルを記述できない。そこで本研究では、大規模分子動力学シミュレーションと従来の流体理論を組み合わせて、新しいナノスケール解析手法を開発する。
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| 研究実績の概要 |
最近の研究により、アクティブマターと呼ばれる非平衡系でマイクロバブルが安定に存在していることが発見された。今年度はこのマイクロバブルの性質を明らかとするため、三つの研究を行った。
1. アクティブブラウン粒子系は最も簡単なダイナミクスに従うアクティブマターの一種であり、マイクロバブルが数値的に観測されている数少ない例である。そこで、この系の大規模シミュレーションを行い、先行研究の追試を行うとともに、パラメータ依存性やシステムサイズ依存性などの先行研究で報告されていない要素の調査を行った。
2. 1に続いて、アクティブブラウン粒子系の自然な異方的拡張によって得られる異方的自己駆動力を持つアクティブブラウン粒子系の大規模数値シミュレーションを行った。その結果、異方的自己駆動力を持つアクティブブラウン粒子系のマクロな静的振る舞いが異方的なランダム外場で駆動される格子ガスモデルのマクロな静的振る舞いと等価であることがわかった。さらに、異方的自己駆動力を持つアクティブブラウン粒子系は相分離を起こすが、その臨界現象はダイポール長距離相互作用するイジング模型の普遍性クラスに属する。これらの結果は実験的に困難である二次元駆動格子ガスモデルや二次元長距離相互作用系で見られる物理現象の実験的実現がアクティブブラウン粒子系によって達成できることを示唆しており興味深い。
3. 最後に、通常のアクティブブラウン粒子系で見られるマイクロバブルが自己駆動力の異方性によって取り除かれていくことを数値的に明らかとした。シミュレーションでは小さな異方性によってバブルは即座に取り除かれたが、その閾値についてはより詳しい調査が必要である。
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| 現在までの達成度 (段落) |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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