非平衡現象の変分原理の定式化と応用

2018 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 16K13844
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 数理物理・物性基礎
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 川勝 年洋 東北大学, 理学研究科, 教授 (20214596)
• 研究分担者: 今井 正幸 東北大学, 理学研究科, 教授 (60251485)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 変分原理 / 非平衡現象 / ソフトマター / 散逸関数

研究成果の概要

非平衡条件下でのソフトマターの動力学を、自由エネルギーと散逸関数を用いた変分原理の形式で定式化することで、非平衡状態の安定性を議論した。具体的な例として、１）流動場中での生体膜の運動様式、２）小孔を透過する生体膜の運動、３）ブロック共重合体のメソフェーズの流動誘起による構造変化、４）グラフト鎖で覆われた固体壁面間の摩擦と潤滑現象の４つの問題を解析し、それぞれの現象の運動様式と定常状態を議論した。

自由記述の分野

ソフトマター物理学

研究成果の学術的意義や社会的意義

非平衡状態の安定性についての定量的な評価基準は、まだはっきりと確立されていません。その候補となりえるのが、散逸関数に基づく変分原理です。特にソフトマターのような複雑な内部自由度を持つ系では、通常の単純な流体力学の定式化ができないため、変分原理を用いた定式化が重要になります。本研究では、代表的なソフトマターである生体膜系、高分子メソフェーズ系を例にとり、その重要性を示しました。