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2023 年度 実績報告書

駆動散逸系の非平衡現象に関する理論的研究

研究課題

研究課題/領域番号 21H01006
研究機関京都大学

研究代表者

早川 尚男  京都大学, 基礎物理学研究所, 教授 (90222223)

研究分担者 高田 智史  東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00843757)
齊藤 国靖  京都産業大学, 理学部, 准教授 (10775753)
大槻 道夫  大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 准教授 (30456751)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
キーワード駆動散逸系 / 粉体 / 非対称単純排他過程 / レオロジー / ジャミング / Mpemba効果 / 摩擦
研究実績の概要

本年度は3年計画の最終年度ということで多くの学術論文の出版(11篇)があり、2回の研究会を主催し、指導学生2人が述べ3つの学生優秀発表賞を受賞した。更に本科研費で雇用していたPDが第一著者の論文がPRLのEditors' Suggestionに選ばれ、Physics World等のメディアで紹介されて大いに注目された。因みに彼は、本研究の成果が評価されてインドでパーマネントポストを得た。また昨年度1月から本科研費で雇用していたPDも無事に次の職を見つけて、年度内の研究成果を論文としてまとめている段階である。研究代表者と分担者は8回の国際会議招待講演(うち海外3)を行う等、本科研費の成果は一定の注目を集めている。また本科研費での研究成果に直結する結果を早川、高田の二人が著書としてまとめて共立出版から出版する予定である(脱稿済)。
出版論文から研究成果の概略を説明すると、最も注目を集めたのはPRL出版論文に代表される異常緩和現象の一つとして注目されているMpemba効果の研究である。我々は開放量子系で、系の温度を定義し、それがMpemba効果を示す事を示した。我々は、この研究に関するプレプリントも発表している。次に周期駆動系に生じる幾何学的位相を利用した熱機関を使うと悪魔のように自動的に仕事を取り出せる事を示した論文も注目に値する。また、濃厚懸濁液に対するインパクトや剪断に対する応答、慣性懸濁液の2種混合系のレオロジーに関する理論、厳密に解けるランアンドタンブル模型の解析によるクラスター形成の理論、粉体中の音波伝播の解析、2次元弾性体でのストレス伝播の解析、溝を使った摩擦の制御等に成果を出した。

現在までの達成度 (段落)

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (76件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 国際共同研究 (5件) 雑誌論文 (13件) (うち国際共著 6件、 査読あり 11件、 オープンアクセス 11件) 学会発表 (55件) (うち国際学会 23件、 招待講演 9件) 備考 (1件) 学会・シンポジウム開催 (2件)

  • [国際共同研究] Ramakrishna Mission Vidyamandira(インド)

    • 国名
      インド
    • 外国機関名
      Ramakrishna Mission Vidyamandira
  • [国際共同研究] University of Extremadura(スペイン)

    • 国名
      スペイン
    • 外国機関名
      University of Extremadura
  • [国際共同研究] University of Paris, Cite(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      University of Paris, Cite
  • [国際共同研究] Case Western Reserve University(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      Case Western Reserve University
  • [国際共同研究] University of Twente(オランダ)

    • 国名
      オランダ
    • 外国機関名
      University of Twente
  • [雑誌論文] Control of Static Friction by Designing Grooves on Friction Surface2024

    • 著者名/発表者名
      Wataru Iwashita, Hiroshi Matsukawa, and Michio Otsuki,
    • 雑誌名

      Tribology Letters

      巻: 72 ページ: 25/1-14

    • DOI

      10.1007/s11249-023-01822-4

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Revisiting Stress Propagation in a Two-Dimensional Elastic Circular Disk Under Diametric Loading2024

    • 著者名/発表者名
      Yosuke Sato, Haruto Ishikawa, and Satoshi Takada
    • 雑誌名

      Journal of Elasticity

      巻: (2024) ページ: 1-21

    • DOI

      10.1007/s10659-023-10047-4

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Rheology of a dilute binary mixture of inertial suspension under simple shear flow2023

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Takada, Hisao Hayakawa, Vicente Garzo
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical and Experimental Physics

      巻: 2023 ページ: 113J01/1-36

    • DOI

      10.1093/ptep/ptad126

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Scaling relationships between viscosity and diffusivity in shear-thickening suspensions2023

    • 著者名/発表者名
      Abhinendra Singh and Kuniyasu Saitoh
    • 雑誌名

      Soft Matter

      巻: 19 ページ: 6631-6640

    • DOI

      10.1039/D3SM00510K

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Quantum Mpemba Effect in a Quantum Dot with Reservoirs2023

    • 著者名/発表者名
      Amit Kumar Chatterjee, Satoshi Takada, and Hisao Hayakawa
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 131 ページ: 080402/1-6

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.131.080402

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Effective viscosity and elasticity in dense suspensions under impact: Toward a modeling of walking on suspensions2023

    • 著者名/発表者名
      Pradipto and Hisao Hayakawa
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 108 ページ: 024604/1-13

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.108.024604

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Demon driven by geometric phase2023

    • 著者名/発表者名
      Ryosuke Yoshii and Hisao Hayakawa
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 5 ページ: 033014/1-15

    • DOI

      10.1103/PhysRevResearch.5.033014

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A framework for crossover of scaling law as a self-similar solution: dynamical impact of viscoelastic board2023

    • 著者名/発表者名
      Hirokazu Maruoka
    • 雑誌名

      The European Physical Journal E

      巻: 46 ページ: 35/1-10

    • DOI

      10.1140/epje/s10189-023-00292-9

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Counterflow-induced clustering: Exact results2023

    • 著者名/発表者名
      Amit Kumar Chatterjee and Hisao Hayakawa
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 107 ページ: 054905/1-18

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.107.054905

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Theory of rigidity and numerical analysis of density of states of two-dimensional amorphous solids with dispersed frictional grains in the linear response regime2023

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Ishima, Kuniyasu Saitoh, Michio Otsuki, and Hisao Hayakawa
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 107 ページ: 054902/1-22

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.107.054902

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Sound characteristics of disordered granular disks: effects of contact damping2023

    • 著者名/発表者名
      Kuniyasu Saitoh, Kianoosh Taghizadeh, and Stefan Luding
    • 雑誌名

      Frontiers in Physics

      巻: 11 ページ: 1192270./1-10

    • DOI

      10.3389/fphy.2023.1192270

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] 粒子の界面を介して働く力のネットワークと非局所性2023

    • 著者名/発表者名
      齊藤国靖
    • 雑誌名

      表面と真空

      巻: 66 ページ: 170-175

    • DOI

      10.1380/vss.66.170

  • [雑誌論文] 粉体のマクロな物性に果たす粘性力の役割2023

    • 著者名/発表者名
      齊藤国靖
    • 雑誌名

      アンサンブル

      巻: 25 ページ: 125-130

  • [学会発表] "Physics of impact-induced hardening in colloids"2024

    • 著者名/発表者名
      Hisao Hayakawa
    • 学会等名
      IUTAM Symposium on Rapid granular flows and turbulent particle suspensions, IIT Bombay, Mumbai, India
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] "Revisiting the kinetic theory for moderately dense granular flows"2024

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Takada
    • 学会等名
      IUTAM Symposium on Rapid granular flows and turbulent particle suspensions, IIT Bombay, Mumbai, India
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] "連続体力学<->粉体力学"2024

    • 著者名/発表者名
      大槻道夫
    • 学会等名
      非平衡系の物理 (京都大学)
  • [学会発表] "Floating modelを用いたミリオーダー・マイクロオーダー粒子懸濁液への衝撃誘因硬化応答の解析"2024

    • 著者名/発表者名
      丸岡敬和,Pradipto,早川尚男
    • 学会等名
      日本物理学会2024年春季大会
  • [学会発表] 日本物理学会2024年春季大会2024

    • 著者名/発表者名
      水野英如,原雄介,池田昌司,齊藤国靖
    • 学会等名
      "ジャミング点近傍の粘弾性と音波散乱"
  • [学会発表] "円盤ブラウン粒子系における変位相関のラグランジュ的MCTによる解析的計算"2024

    • 著者名/発表者名
      大信田丈志,大槻道夫,後藤晋,松本剛
    • 学会等名
      日本物理学会2024年春季大会
  • [学会発表] "平行平板間の外力駆動粉体流における臨界スケーリング:引力の影響"2024

    • 著者名/発表者名
      吉井究,大槻道夫
    • 学会等名
      日本物理学会2024年春季大会
  • [学会発表] "平板間の充填率が変動する二次元粉体流れの解析"2024

    • 著者名/発表者名
      林健太,大槻道夫
    • 学会等名
      日本物理学会2024年春季大会
  • [学会発表] "粉体層内を動く物体に働く抵抗則"2024

    • 著者名/発表者名
      谷岡寛也,大槻道夫
    • 学会等名
      日本物理学会2024年春季大会
  • [学会発表] "剪断下における粉体ガスの緩和ダイナミックスと定常ダイナミックス"2024

    • 著者名/発表者名
      飯塚俊介,○髙田智史,早川尚男
    • 学会等名
      日本物理学会2024年春季大会
  • [学会発表] "Kelvin-Voigt粘弾性体のヒステリシス摩擦の有限要素解析"2024

    • 著者名/発表者名
      岩下航,大槻道夫
    • 学会等名
      日本物理学会2024年春季大会
  • [学会発表] "アクティブネマティックスの安定性に関する理論的および数値的研究"2024

    • 著者名/発表者名
      細野翔大,齊藤国靖
    • 学会等名
      日本物理学会2024年春季大会
  • [学会発表] "量子熱機関における例外点の影響"2024

    • 著者名/発表者名
      吉井涼輔,早川尚男
    • 学会等名
      日本物理学会2024年春季大会
  • [学会発表] "ポイントギャップ系におけるリンドブラッド方程式によるトポロジカルもつれスペクトルのクエンチダイナクスの理論的研究"2024

    • 著者名/発表者名
      バジョナペニャパブロ,花井亮,森貴司,早川尚男
    • 学会等名
      日本物理学会2024年春季大会
  • [学会発表] "多重量子Mpemba効果の理論:例外点の効果と振動"2024

    • 著者名/発表者名
      Amit Kumar Chatterjee,高田智史,○早川尚男
    • 学会等名
      日本物理学会2024年春季大会
  • [学会発表] "濡れた粉体で構成された円柱の自重での崩壊条件"2024

    • 著者名/発表者名
      井上隆介,大槻道夫
    • 学会等名
      日本機械学会関西学生会 2023年度学生員卒業研究発表講演会
  • [学会発表] "せん断粉体中の凝集体の崩壊"2024

    • 著者名/発表者名
      田中健太朗,大槻道夫
    • 学会等名
      日本機械学会関西学生会 2023年度学生員卒業研究発表講演会
  • [学会発表] "粉体を封入した円筒の斜面上における静止条件"2024

    • 著者名/発表者名
      寺井歳三,大槻道夫,和田浩史,小野瑞生
    • 学会等名
      日本機械学会関西学生会 2023年度学生員卒業研究発表講演会
  • [学会発表] "対向集中荷重を受ける2次元弾性中空円板内の応力波の解析"2024

    • 著者名/発表者名
      岡村謙,佐藤瑶介,髙田智史
    • 学会等名
      日本機械学会関東学生会 第63回学生員卒業研究発表講演会
  • [学会発表] "離散要素法を用いたジャミンググリッパの把持機構の解明"2024

    • 著者名/発表者名
      外田慎太郎,髙田智史
    • 学会等名
      日本機械学会関東学生会 第63回学生員卒業研究発表講演会
  • [学会発表] "対向集中荷重を受ける2次元弾性中空円板内の衝撃波の解析"2024

    • 著者名/発表者名
      岡村謙,佐藤瑶介,髙田智史
    • 学会等名
      2023年度衝撃波シンポジウム
  • [学会発表] "Impact-induced hardening on suspension of large particles"2024

    • 著者名/発表者名
      Hirokazu Maruoka and Hisao Hayakawa
    • 学会等名
      OIST-Kyudai Joint Symposium Series 1: Bio-Inspired Wonders and Energy Innovations
  • [学会発表] "回転加振後のペーストにおける記憶効果の連続体解析"2024

    • 著者名/発表者名
      大槻道夫
    • 学会等名
      奈良非線形研究会
  • [学会発表] "Critical behaviors of granular flow between parallel plates near jamming"2023

    • 著者名/発表者名
      Michio Otsuki
    • 学会等名
      VII International Conference on Particle-Based Methods PARTICLES 2023, Milan, Italy
    • 国際学会
  • [学会発表] "Quantum Mpemba effect: an anomalous thermal relaxation process in quantum matter"2023

    • 著者名/発表者名
      Hisao Hayakawa
    • 学会等名
      East Asia Joint Seminars On Statistical Physics 2023, Pacifico Yokohama, Yokohama
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] "Dependence of Static Friction Coefficient on the Shape of Frictional Interface"2023

    • 著者名/発表者名
      Wataru Iwashita, Hiroshi Matsukawa, and Michio Otsuki
    • 学会等名
      ITC Fukuoka 2023, Fukuoka International Congress Center, Fukuoka
    • 国際学会
  • [学会発表] "Static Friction Coefficient Depends on the External Pressure and Block Shape Due to Precursor Slip: Finite Element Simulation"2023

    • 著者名/発表者名
      Michio Otsuki, Wataru Iwashita, and Hiroshi Matsukawa
    • 学会等名
      ITC Fukuoka 2023, Fukuoka International Congress Center, Fukuoka
    • 国際学会
  • [学会発表] "Dynamical impact of dense suspension of millimetre particles"2023

    • 著者名/発表者名
      Hirokazu Maruoka and Hisao Hayakawa
    • 学会等名
      The 9th International Discussion Meeting on Relaxations in Complex Systems, Makuhari Messe, Chiba
    • 国際学会
  • [学会発表] "Eigenvalue analysis of amorphous solids under strain"2023

    • 著者名/発表者名
      Hisao Hayakawa
    • 学会等名
      The 9th International Discussion Meeting on Relaxations in Complex Systems, Makuhari Messe, Chiba
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] "Softening and residual loss modulus of jammed grains under oscillatory shear"2023

    • 著者名/発表者名
      Michio Otsuki and Hisao Hayakawa
    • 学会等名
      The 9th International Discussion Meeting on Relaxations in Complex Systems, Makuhari Messe, Chiba
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] "Jamming of granular materials in channel flow: effect of cohesion"2023

    • 著者名/発表者名
      Kiwamu Yoshii and Michio Otsuki
    • 学会等名
      The 9th International Discussion Meeting on Relaxations in Complex Systems, Makuhari Messe, Chiba
    • 国際学会
  • [学会発表] "Theory for Mpemba effect after a quench in an asymmetric double-well potential"2023

    • 著者名/発表者名
      Hisao Hayakawa, Frederic van Wijland
    • 学会等名
      28th International Conference on Statistical Physics, Statphys28, Univ. Tokyo, Hongo campus, Tokyo
    • 国際学会
  • [学会発表] "Quantum Mpemba effect"2023

    • 著者名/発表者名
      Amit Kumar Chatterjee and Hisao Hayakawa
    • 学会等名
      28th International Conference on Statistical Physics, Statphys28, Univ. Tokyo, Hongo campus, Tokyo
    • 国際学会
  • [学会発表] Kyozi Kawasaki: his physics and my personal recollection2023

    • 著者名/発表者名
      Hisao Hayakawa
    • 学会等名
      28th International Conference on Statistical Physics, Statphys28, Univ. Tokyo, Hongo campus, Tokyo
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] "Shorter-range logarithmic behavior of displacement correlations: what is missing from shear correlations in 2D colloidal liquids"2023

    • 著者名/発表者名
      Takeshi Ooshida, Michio Otsuki, Susumu Goto, and Takeshi Matsumoto
    • 学会等名
      28th International Conference on Statistical Physics, Statphys28, Univ. Tokyo, Hongo campus, Tokyo
    • 国際学会
  • [学会発表] "Discontinuous shear thickening of a moderately dense inertial suspension of hydrodynamically interacting frictionless soft particles"2023

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Takada, Kazuhiro Hara, and Hisao Hayakawa
    • 学会等名
      28th International Conference on Statistical Physics, Statphys28, Univ. Tokyo, Hongo campus, Tokyo
    • 国際学会
  • [学会発表] "Demon driven by geometrical phase"2023

    • 著者名/発表者名
      Ryosuke Yoshii and Hisao Hayakawa
    • 学会等名
      28th International Conference on Statistical Physics, Statphys28, Univ. Tokyo, Hongo campus, Tokyo
    • 国際学会
  • [学会発表] "Protocols for the Mpemba effect in granular fluids"2023

    • 著者名/発表者名
      Andres Santos, Alberto Megias, Satoshi Takada, Hisao Hayakawa
    • 学会等名
      28th International Conference on Statistical Physics, Statphys28, Univ. Tokyo, Hongo campus, Tokyo
    • 国際学会
  • [学会発表] "Revisiting the kinetic theory for moderately dense granular flows"2023

    • 著者名/発表者名
      Shunsuke Iizuka, Satoshi Takada, and Hisao Hayakawa
    • 学会等名
      28th International Conference on Statistical Physics, Statphys28, Univ. Tokyo, Hongo campus, Tokyo
    • 国際学会
  • [学会発表] Quantum Mpemba effect in a quantum dot with reservoirs2023

    • 著者名/発表者名
      Amit Kumar Chatterjee, Hisao Hayakawa
    • 学会等名
      YITP-YSF Symposium Perspectives on Non-Equilibrium Statistical Mechanics: The 45th Anniversary Symposium of Yamada Science Foundation, YITP, Kyoto Univ.
    • 国際学会
  • [学会発表] "Clustering and run-and-tumble particles: exact results"2023

    • 著者名/発表者名
      Amit Kumar Chatterjee, Hisao Hayakawa
    • 学会等名
      YITP-YSF Symposium Perspectives on Non-Equilibrium Statistical Mechanics: The 45th Anniversary Symposium of Yamada Science Foundation, YITP, Kyoto Univ.
    • 国際学会
  • [学会発表] "Theory of Mpemba effect: an anomalous relaxation process"2023

    • 著者名/発表者名
      Hisao Hayakawa
    • 学会等名
      Discussion Meeting: Soft matter & Statistical Physics, OIST, Okinawa, Japan
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] "Theory of Dense Dry Collisional Flow and Beyond"2023

    • 著者名/発表者名
      Hisao Hayakawa
    • 学会等名
      Discrete Simulation and Continuum Modeling of Granular Matter, Masseria Salamina, Puglia, Italy
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] "Jamming in plane Poiseuille flow of granular materials"2023

    • 著者名/発表者名
      Kenta Hayashi, Kiwamu Yoshii, and Michio Otsuki
    • 学会等名
      The 11th International Conference on Multiphase Flow, Kobe International Conference Center, Kobe
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] "トラクションコントロールが不整地走行する車輪の挙動に与える影響の数値的解明"2023

    • 著者名/発表者名
      中島功介,阿部奏斗,髙田智史
    • 学会等名
      第44回テラメカニックス研究会
  • [学会発表] "粉体層への物体衝突による応力伝播シミュレーション"2023

    • 著者名/発表者名
      田中蒼大,佐藤瑶介,髙田智史
    • 学会等名
      日本惑星科学会 2023年秋季講演会
  • [学会発表] "平行平板中の引力を有する粉体流におけるジャミングと臨界スケーリング"2023

    • 著者名/発表者名
      吉井究,大槻道夫
    • 学会等名
      日本流体力学会 年会2023
  • [学会発表] "ミリオーダー粒子懸濁液への剛体球の落下に対する応答実験"2023

    • 著者名/発表者名
      丸岡敬和,早川尚男
    • 学会等名
      日本物理学会 第78回年次大会(2023年)
  • [学会発表] "有限時間で駆動される熱機関の熱流体解析"2023

    • 著者名/発表者名
      関川知生,大槻道夫
    • 学会等名
      日本物理学会 第78回年次大会(2023年)
  • [学会発表] "円盤ブラウン粒子系における変位相関のラグランジュ的MCTによる検討"2023

    • 著者名/発表者名
      大信田丈志,大槻道夫,後藤晋,松本剛
    • 学会等名
      日本物理学会 第78回年次大会(2023年)
  • [学会発表] "回転円筒中の粉体における速度場のスケーリング則"2023

    • 著者名/発表者名
      大馬寛生,○大槻道夫
    • 学会等名
      日本物理学会 第78回年次大会(2023年)
  • [学会発表] "平板間の二次元粉体流れの連続体解析"2023

    • 著者名/発表者名
      林健太,大槻道夫
    • 学会等名
      日本物理学会 第78回年次大会(2023年)
  • [学会発表] "2次元粉体層内を動く物体に働く抵抗力"2023

    • 著者名/発表者名
      谷岡寛也,大槻道夫
    • 学会等名
      日本物理学会 第78回年次大会(2023年)
  • [学会発表] "対向集中荷重を受ける2次元弾性中空円板内の応力伝播"2023

    • 著者名/発表者名
      岡村謙,佐藤瑶介,髙田智史
    • 学会等名
      日本機械学会 2023年度 年次大会
  • [学会発表] "弾性体の摩擦の物体形状による制御"2023

    • 著者名/発表者名
      大槻道夫
    • 学会等名
      物性研究所スパコン共同利用・CCMS合同研究会「計算の時代における物性科学」
  • [備考] (NO. 21H01006) 『駆動散逸系の非平衡現象に関する理論的研究』

    • URL

      https://www2.yukawa.kyoto-u.ac.jp/~satoshi.takada/Kakenhi2021B/index.php

  • [学会・シンポジウム開催] 4th Regular Kakenhi Meeting with Prof. Itamar Procaccia "Theoretical studies of nonequilibrium phenomena in dissipative-driven systems, 2024"2024

  • [学会・シンポジウム開催] 3rd Regular Kakenhi Meeting "Theoretical studies of non-equilibrium driven-dissipative systems"2023

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公開日: 2024-12-25  

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