マイクロマニピュレーションによる非平衡基礎論の展開

2011 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21244061
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 数理物理・物性基礎
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 佐野 雅己 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (40150263)
• 連携研究者: 鳥谷部 祥一 中央大学, 理工学部, 助教 (40453675)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• キーワード: 非平衡熱統計力学 / 情報熱力学 / マイクロマニピュレーション

研究概要

最近の非平衡統計力学の成果である、情報熱力学の新しい関係式の検証に成功した。具体的には、コロイド粒子を用いて、観測によって得た情報量を元にフィードバック制御を行うことで、獲得した情報量を自由エネルギーに変換する実験を行い、マクスウェルの悪魔の定量的な実験を実現した。また、粒子の非対称性を導入したヤヌス粒子を製作し、光照射によって微粒子が固有の向きを持って自己推進することを初めて確認し、流体力学の理論と良く一致することを実証した。

研究成果

• [雑誌論文] Geometrical model of a self-propelled broken interface (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsuo and M. Sano
  • 雑誌名: J. Phys. A: Math. Theor. 巻: 44 ページ: 285101
• [雑誌論文] Effects of error on fluctuations under feedback control (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Ito and M. Sano
  • 雑誌名: Phys. Rev. E 巻: 84 ページ: 021123
• [雑誌論文] Self-Replicating Holes in a Vertically Vibrated Dense Suspension (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Ebata and M. Sano
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett 巻: 107 ページ: 088301
• [雑誌論文] Free energy transduction in autonomous systems (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Kawaguchi and M. Sano
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 80 ページ: 083003
• [雑誌論文] 高分子による非平衡状態の枯渇効果 (2010)
  • 著者名/発表者名: 佐野雅己
  • 雑誌名: 高分子 巻: 59 ページ: 490-491
• [雑誌論文] 4D Traction Force Microscopy Reveals Asymmetric Cortical Forces in Migrating Dictyostelium Cells (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Delanoe-Ayari, J-P. Rieu, and M. Sano
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 105 ページ: 248103
• [雑誌論文] Active Motion of Janus Particle by Self-thermophoresis in Defocused Laser Beam (2010)
  • 著者名/発表者名: H-R. Jiang, N. Yoshinaga, M. Sano
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 105 ページ: 268302
• [雑誌論文] Experimental demonstration of information-to-energy conversion and validation of the generalized Jarzynski equality (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Toyabe, T. Sagawa, M. Ueda, E. Muneyuki, and M. Sano
  • 雑誌名: Nature Physics 巻: 6 ページ: 988
• [雑誌論文] Dynamics of a deformable self-propelled domain (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Hiraiwa, M. Y. Matsuo, T. Ohkuma, T. Ohta, and M. Sano
  • 雑誌名: Europhys. Lett 巻: 91 ページ: 20001
• [雑誌論文] Manipulation of Colloids by NonequilibriumDepletion Force in Temperature Gradient (2009)
  • 著者名/発表者名: H-R. Jiang, H. Wada, N. Yoshinaga, and M. Sano
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 102 ページ: 208301
• [学会発表] 光ピンセットを用いた一般化Jarzynski等式の検証実験 (2013)
  • 著者名/発表者名: 平山雄大,佐野雅己
  • 学会等名: 日本物理学会2013年年次大会
  • 発表場所: 広島大学
  • 年月日: 20132629
• [学会発表] Experimental Verification of the Generalized Jarzynski Equality, The University of Tokyo - Korea University The 2nd Joint Workshop on Bio-Soft Matter (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Hirayama and M. Sano: Extracting Work from an Isothermal Cycle
  • 学会等名: Feb. 28 - Mar. 3
  • 発表場所: Seoul, Korea.
  • 年月日: 20130000
• [学会発表] 緩和と情報による冷却限界 (2012)
  • 著者名/発表者名: 伊藤創祐,佐野雅己
  • 学会等名: 情報統計力学の最前線-情報と揺らぎの制御の物理学を目指して-
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 20120321-23
• [学会発表] Dynamics and Interaction of Colloids in Driven and Active States (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Sano
  • 学会等名: Phase Transition Dynamics in Soft Matter: Bridging Microscale and Mesoscale
  • 発表場所: Kyoto.
  • 年月日: 20120220-22
• [学会発表] Fluctuation and Information in Small Non-equilibrium Systems (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Sano
  • 学会等名: GCOE Symposium, Links among Hierarchies, Kyoto University
  • 発表場所: Kyoto.
  • 年月日: 20120213-15
• [学会発表] フィードバックによる冷却と有限時間の情報熱力学 (2012)
  • 著者名/発表者名: 伊藤創祐,佐野雅己
  • 学会等名: 物理と情報の階層構造-情報を接点とした諸階層の制御と創発-
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 20120105-07
• [学会発表] Information Energy Conversion in Autonomous and Non-autonomous Systems (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Sano
  • 学会等名: Regional Bio-Soft Matter Workshop: Non-equilibrium Statistical Physics in Bio-Soft Systems
  • 発表場所: National Taiwan University, Taipei.
  • 年月日: 20111027-29
• [学会発表] Active Colloids: from external to self-control of colloidal transport (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Sano
  • 学会等名: 1st Scientific Symposium on Hot Nanoparticles and Nanostructures, Leipzig University
  • 発表場所: Leipzig, Germany.
  • 年月日: 20111010-11
• [学会発表] フィードバック制御されたLangevin系での有効温度の下限と情報量の関係式 (2011)
  • 著者名/発表者名: 伊藤創祐,佐野雅己
  • 学会等名: 日本物理学会2011年秋季大会
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 20110921-24
• [学会発表] 自律的な自由エネルギー伝達の効率 (2011)
  • 著者名/発表者名: 川口喬吾,佐野雅己
  • 学会等名: 日本物理学会2011年秋季大会
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 20110921-24
• [学会発表] 高分子溶液中でのコロイド粒子のSoret効果 (2011)
  • 著者名/発表者名: 中山洋平,佐野雅己
  • 学会等名: 日本物理学会2011年秋季大会
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 20110921-24
• [学会発表] Individual and collective dynamics of self-propelling micro-swimmers (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Sano
  • 学会等名: International Workshop Collective Dynamics and Pattern Formation in Active Matter Systems
  • 発表場所: Dresden, Germany.
  • 年月日: 20110912-16
• [学会発表] 自己駆動する非対称粒子の相互作用と集団挙動 (2011)
  • 著者名/発表者名: 鈴木量,江宏仁,佐野雅己
  • 学会等名: 基研研究会非平衡系の物理-ミクロとマクロの架け橋-
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 20110818-20
• [学会発表] フィードバック制御されたLangevin系での有効温度の下限と情報量 (2011)
  • 著者名/発表者名: 伊藤創祐,佐野雅己
  • 学会等名: 基研研究会非平衡系の物理-ミクロとマクロの架け橋-
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 20110818-20
• [学会発表] 相互情報量の物理モデル的理解 (2011)
  • 著者名/発表者名: 川口喬吾,佐野雅己
  • 学会等名: 基研研究会非平衡系の物理-ミクロとマクロの架け橋-
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 20110818-20
• [学会発表] コロイド粒子溶液系における非平衡輸送 (2011)
  • 著者名/発表者名: 中山洋平,佐野雅己
  • 学会等名: 基研研究会非平衡系の物理-ミクロとマクロの架け橋-
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 20110818-20
• [学会発表] 高分子濃度勾配中でのコロイドの運動 (2011)
  • 著者名/発表者名: 中山洋平、佐野雅己
  • 学会等名: 日本物理学会第66回年次大会
  • 発表場所: 新潟大学
  • 年月日: 20110325-28
• [学会発表] フィードバック制御下での揺動散逸定理の破れと有効温度に対する制限 (2011)
  • 著者名/発表者名: 伊藤創祐,佐野雅己
  • 学会等名: 日本物理学会第66回年次大会
  • 年月日: 20110325-28
• [学会発表] Information and fluctuation in small worlds: From active soft matter to cell mechanics (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Sano
  • 学会等名: 1st Korea University - The University of Tokyo Joint Workshop on Bio-Soft Matter
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 20110221-23
• [学会発表] コロイド粒子系を用いた非平衡実験と非平衡関係式,特定領域研究「ソフトマター物理」 (2011)
  • 著者名/発表者名: 佐野雅己
  • 学会等名: 第5回領域研究会
  • 発表場所: 東京大学一条ホール,東京
  • 年月日: 20110106-08
• [学会発表] 自己駆動粒子の集団挙動の実験的理解 (2011)
  • 著者名/発表者名: 鈴木量,佐野雅己
  • 学会等名: 第10回関東ソフトマター研究会
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2011-11-12
• [学会発表] 高分子の吸着によって引き起こされるコロイド粒子輸送係数の変化 (2011)
  • 著者名/発表者名: 中山洋平,佐野雅己
  • 学会等名: 第10回関東ソフトマター研究会
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2011-11-12
• [学会発表] Active Colloids: from external to self-control of colloidal transport Seminar at Institute for Physical Chemistry (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Sano
  • 学会等名: Heidelberg University
  • 発表場所: Heidelberg, Germany.
  • 年月日: 2011-09-23
• [学会発表] Cell migration: Stress measurement and modeling (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Sano
  • 学会等名: Seminar in Max-Planck Institute for Physics of Complex Systems
  • 発表場所: Dresden, Germany.
  • 年月日: 2011-09-21
• [学会発表] 自己駆動する非対称粒子の運動と相互作用 (2010)
  • 著者名/発表者名: 鈴木量、佐野雅己
  • 学会等名: 基研研究会「非平衡系の物理学:非平衡ゆらぎと集団挙動」
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 20101118-20
• [学会発表] フィードバック制御下のHarada-Sasa等式とその制限 (2010)
  • 著者名/発表者名: 伊藤創祐,佐野雅己
  • 学会等名: 基研研究会「非平衡系の物理-非平衡ゆらぎと集団挙動」
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 20101118-20
• [学会発表] InformationTransmissioninAutonomicSystems (2010)
  • 著者名/発表者名: 川口喬吾,佐野雅己
  • 学会等名: 基研研究会『非平衡系の物理-非平衡ゆらぎと集団挙動』
  • 発表場所: 京都大学基礎物理学研究所
  • 年月日: 20101118-20
• [学会発表] Micromanipulation of Colloids and Biological Cells based on Nanoscale Hydrodynamic Effects (2010)
  • 著者名/発表者名: M. Sano
  • 学会等名: The Seventh International Conference on Flow Dynamics (ICFD2010)
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 20101101-03
• [学会発表] 自己駆動する非対称粒子の相互作用及び協同現象 (2010)
  • 著者名/発表者名: 鈴木量、江宏仁、佐野雅己
  • 学会等名: 日本物理学会2010年秋季大会
  • 発表場所: 大阪府立大学
  • 年月日: 20100923-26
• [学会発表] Cell locomotion: experiments and modeling (2010)
  • 著者名/発表者名: M. Sano
  • 学会等名: International Workshop "Emerging Topics in Nonlinear Science
  • 発表場所: Schloss Goldrain, Italy.
  • 年月日: 20100912-18
• [学会発表] Tunable Thermophoresis of Colloids using Nonequilbrium Depeletion Effect (2010)
  • 著者名/発表者名: M. Sano
  • 学会等名: Asia Pacific Center for Theoretical Physics (APCTP) Workshop on Chemi-Thermo-EM Phoresis in Complex Fluids
  • 発表場所: Pohang, Korea.
  • 年月日: 20100825-28
• [学会発表] Non-equilibrium transport of colloidal soft matter: from anomalous transport to self-propelled dynamics (2010)
  • 著者名/発表者名: M. Sano
  • 学会等名: International Symposium on Nonequilibrium Softmatter 2010
  • 発表場所: Nara, Japan.
  • 年月日: 20100817-20
• [学会発表] Self-propelledColloidalParticles (2010)
  • 著者名/発表者名: H-R.Jiang,M.Sano
  • 学会等名: 日本物理学会2010年春季大会シンポジウム
  • 発表場所: 岡山大学
  • 年月日: 20100320-23
• [学会発表] 予測と制御を含む情報処理と物理法則 (2010)
  • 著者名/発表者名: 佐野雅己
  • 学会等名: 東北大学電気通信研究所共同プロジェクト研究会
  • 発表場所: 東北大学、仙台
  • 年月日: 2010-12-20
• [学会発表] 自己駆動粒子の集団挙動 (2010)
  • 著者名/発表者名: 鈴木量、佐野雅己
  • 学会等名: 第9回関東ソフトマター研究会
  • 発表場所: お茶の水女子大学
  • 年月日: 2010-12-11
• [学会発表] 非平衡系に法則はあるか:ソフトマターと微小非平衡系 (2010)
  • 著者名/発表者名: 佐野雅己
  • 学会等名: 東京大学グローバルCOE「未来を拓く物理科学結集教育研究拠点」先端融合物理ワークショップ:「物質科学と生命科学における非平衡法則を求めて」
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2010-03-30
• [学会発表] Deformable self-propelling microsystems in physics and biology (2010)
  • 著者名/発表者名: M. SanoM. Matsuo, Y. Maeda and H-R. Jiang
  • 学会等名: Pattern Formation in Chemistry and Biophysics
  • 発表場所: Goslar-Hahnenklee,Germany.
  • 年月日: 2010-02-25
• [学会発表] ソーレ効果と非平衡枯渇力 (2010)
  • 著者名/発表者名: 佐野雅己
  • 学会等名: 古典および量子ダイナミクス・非平衡統計力学に関するワークショップ
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2010-02-14
• [学会発表] Out-Of-Equilibrium Small Systems and Micromanipulation (2010)
  • 著者名/発表者名: M. Sano, S. Toyabe, H-R. Jiang, H. Wada,N. Yoshinaga
  • 学会等名: the 1st POSTECH International Workshop on Physics of Self-organization in Bio/Nano Systems
  • 発表場所: Pohang, Korea.
  • 年月日: 2010-01-29
• [学会発表] Swimming and crawling of self-propelling deformable objects (2010)
  • 著者名/発表者名: M. Sano
  • 学会等名: Breaking Barriers from Physics to Biology
  • 発表場所: Bangalore, India.
  • 年月日: 2010-01-09
• [学会発表] Self-propelled particles (2009)
  • 著者名/発表者名: H-R. Jiang, M. Sano
  • 学会等名: Workshop on Active Matter - Physics of Biokinetics
  • 発表場所: Tokyo, Japan.
  • 年月日: 20090724-25
• [学会発表] Understanding Cross coupling effect of Thermophoresis in Colloid Polymer Mixtures (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Sano, H.R. Jiang, H. Wada, and N. Yoshinaga
  • 学会等名: International workshop on dynamic cross-effect in softly condensed matter
  • 発表場所: Tokyo, Japan.
  • 年月日: 2009-11-05
• [図書] Dynamics of deformable self-propelled particles: relation with cell migration,"Series in Soft Condensed Matter - Vol. 4NON-EQUILIBRIUM SOFT MATTER PHYSICS", edited by S. Komura and T. Ohta, Chapter 7 (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Sano, M. Y. Matsuo, and T. Ohta
  • 総ページ数: 365-415
  • 出版者: World Scientific