非平衡界面ゆらぎの大偏差計測に向けた重点サンプリング法の実験実装と実現

非平衡界面涨落大偏差测量聚焦采样法的实验实现与实现

• 批准号: 20H01826
• 负责人: 竹内 一将
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H01826/
• 关键词: 非平衡界面ゆらぎ; スケーリング則; 大偏差; 液晶; KPZ普遍クラス; 非平衡ゆらぎ; Kardar-Parisi-Zhang普遍クラス; 界面; 重点サンプリング法

Kardar-Parisi-Zhang (KPZ) 普遍クラスの大偏差計測を目指し、本年度は主として以下の３項目について研究を推進した。(i) 完全非対称単純排他過程 (TASEP) におけるKPZ大偏差の初期条件依存性に関する研究 (ii) クローン法の実験実装手法改善 (iii) 液晶乱流の物性や液晶トポロジカル欠陥の動力学法則の研究。(i) TASEPにおけるKPZ大偏差の初期条件依存性に関する研究。前年度に引き続き、KPZクラスの代表的な可解模型であるTASEPを用いて、我々が提案するクローン法によってKPZ大偏差を計測した。前年度は、標準的な大偏差スケーリングを示す負の大偏差について本手法の有効性を主に確認したが、本年度は正の大偏差についても、特有のスケーリングを考慮に入れた解析によって計測可能であることを示した。本年度はさらに、これまで用いてきたステップ初期条件に加え、平面初期条件、定常初期条件についても計測を実施し、母関数の初期条件依存性についても示唆的な結果を得た。さらに、数値計算コードを最適化し、大幅な高速化に成功した。(ii) クローン法の実験実装手法改善。本手法の液晶実験系での実装では、取得した顕微鏡画像をリアルタイムで解析し、クローン生成に用いるデータを自動作成して、それを初期条件とする乱流界面をレーザーホログラフィ技術によって生成する、一連のステップを迅速に行うことが肝要である。本年度はこの迅速化の検討を進めた。(iii) 液晶乱流の物性や液晶トポロジカル欠陥の動力学法則の研究。本年度は、本研究が対象とする液晶乱流が負の粘性という異常物性を示すという最近の報告を受け、それと乱流界面成長の関係を調べるべく研究室既存のレオメーターの顕微鏡化に着手した。さらに、液晶乱流の構成要素であるトポロジカル欠陥の三次元運動の直接計測に成功し、その動力学法則について論文発表を行った。

Kardar-Parisi-Zhang（KPZ）为了衡量通用类别的巨大偏差，今年我们主要促进了以下三项研究的研究。 （i）研究在完全不对称的简单独家过程（TASEP）（ii）改善克隆方法（III）研究液晶液体湍流和液态晶体拓扑性动态定律的物理特性的实验实施方法（III）研究的最初条件依赖性。 （i）研究tasep中大kPz偏差的初始条件依赖性。从上一年开始，我们使用我们提出的克隆方法tasep（tasep是KPZ类的代表性解决模型）测量了较大的KPZ偏差。在上一年，我们主要证实了这种方法对负大偏差的有效性，这表明标准较大的偏差缩放率，但是今年我们表明，也可以通过考虑到独特尺度的分析来测量正较大偏差。除了现在使用的初始步骤条件外，还针对今年的初始平面和稳态初始条件进行了测量，结果还暗示了发电机函数的初始条件依赖性。此外，我们已经成功地优化了数值计算代码，并使其成为了主要的速度。 （ii）改进克隆方法的实验实现方法。在液晶实验系统中实现此方法时，必须快速执行一系列步骤，以实时分析获得的显微镜图像，将自动创建用于克隆的数据，并使用激光全息技术生成具有初始条件的湍流界面。今年，我们一直在考虑加快加速。 （iii）研究液晶湍流的物理特性和液晶拓扑缺陷的动力学。今年，我们收到了最近的一份报告，该研究由这项研究靶向的液晶湍流表现出负粘度的异常特性，并开始了实验室中现有的流变仪的显微镜，以研究这种与湍流界面生长之间的关系。此外，拓扑缺陷的三维运动是液晶湍流的组成部分，已成功测量，并发表了有关动力学定律的论文。

项目成果

Phase-ordering kinetics in the Allen-Cahn (Model A) class: Universal aspects elucidated by electrically induced transition in liquid crystals

Allen-Cahn（模型 A）类中的相序动力学：液晶中电诱导转变阐明的普遍方面

• DOI: 10.1103/physreve.104.054103
• 发表时间: 2021
• 期刊: Physical Review E
• 影响因子: 2.4
• 作者: Almeida Renan A. L.;Takeuchi Kazumasa A.
• 通讯作者: Takeuchi Kazumasa A.

竹内研究室ウェブサイト

竹内研究所网站

Scale invariance of cell size fluctuations in starving bacteria

饥饿细菌细胞大小波动的尺度不变性

• DOI: 10.1038/s42005-021-00739-5
• 发表时间: 2021
• 期刊: Communications Physics
• 影响因子: 5.5
• 作者: Shimaya Takuro;Okura Reiko;Wakamoto Yuichi;Takeuchi Kazumasa A.
• 通讯作者: Takeuchi Kazumasa A.

研究室ウェブサイト

实验室网站

液晶におけるトポロジカル線欠陥再結合のスケーリングと対称性

液晶拓扑线缺陷复合的尺度和对称性

• 发表时间: 2022
• 作者: 図司陽平;竹内一将
• 通讯作者: 竹内一将