ナノバブルのマルチスケール性とマクロ記述可能性の解明

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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。