| 研究領域 | 光の螺旋性が拓くキラル物質科学の変革 |
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| 研究課題/領域番号 |
23H04609
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| 研究種目 |
学術変革領域研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
学術変革領域研究区分(Ⅱ)
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| 研究機関 | 核融合科学研究所 |
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研究代表者 |
中村 浩章 核融合科学研究所, 研究部, 教授 (30311210)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2024年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2023年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
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| キーワード | 光渦 / 分子動力学法 / 反応動力場 / FDTD法 / プラズマ加熱 / サイクロトロン運動 / アブラハムローレンツ方程式 / フレードリックスハミルトニアン / 螺旋構造 / プラズマ波動相互作用 / アミノ酸前駆体 / 分子動力学 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
光渦の持つ角運動量が物質に転写されることで、物質に螺旋性が現れる。例えば、固体への超螺旋光照射による螺旋ナノ針構造の形成現象では、まず軽い電子が超螺旋光から運動量を獲得する。この電子と結晶格子との衝突により格子が揺さぶられ、やがて格子間結合を超えると結晶が崩れ溶融する。この際、原子核は電子よりはるかに重いため、螺旋光を電子応答を通して運動し、巨視的形状が決まっていく。この巨視形状の予測・制御が「らせんの工学」の実現のかなめと考える。このらせんの工学のシミュレーションツールを開発を行う。具体的な課題として、プラズマの加熱・宇宙でのらせん構造を持つアミノ酸前駆体（がらくた分子）の生成を取り上げる。
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| 研究実績の概要 |
本研究は、異なる視点から光渦と物質の相互作用現象を解析した三つの研究成果を報告する。（1）分子雲を想定した高分子生成に関しては、宇宙の分子雲内で高分子態有機物が生成される過程を、反応分子動力学シミュレーションにより解析した。シミュレーションでは水、一酸化炭素、アンモニアを出発分子として用い、宇宙線照射に伴う加熱と、その後の冷却過程を再現した。その結果、分子雲内部の局所的な密度や出発分子の組成が、生成される高分子の大きさや複雑性に大きな影響を与えることが明らかになった。特に炭素や窒素原子を豊富に含む領域では、より大型で複雑な高分子有機物の合成が促進される可能性が示され、生命の起源に関する新たな示唆を与えている。（2）磁化プラズマ中における光渦による加熱に関する研究では、ミリ波帯における渦状電磁波（ミリ波渦場）の伝搬特性を、有限差分時間領域（FDTD）法を用いた三次元数値シミュレーションによって解析した。特に、ハイブリッドモードにおいて伝搬電力がトポロジカルチャージおよび導波管半径に強く依存することが明確に示された。大きな半径を持つ導波管を採用することで、渦場のトポロジカルチャージの偏差を低減でき、結果としてプラズマ中への高効率なエネルギー伝達が可能になることが確認され、今後のプラズマ加熱技術への応用が期待される。（3）導波管中でのサイクロトロン電子の振る舞いに関連する研究では、古典放射減衰におけるAbraham-Lorentz（AL）方程式に内在する理論的矛盾を古典的Friedrichsモデルにより再検討した。従来無視されてきた「衣を着た場」と呼ばれる成分のエネルギー減衰過程が本質的に重要であることを明らかにし、これが暴走解発生の根本原因であると理論的に示した。本研究により、因果律を損なうことなく放射減衰現象を記述できる、新たなエネルギーバランス理論の構築が提案された。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和6年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和6年度が最終年度であるため、記入しない。
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