Challenge from mechanical self-organization to elucidate the physical properties of non-equilibrium soft matter / amorphous material

来自机械自组织的挑战阐明非平衡软物质/非晶材料的物理性质

• 批准号: 20H05619
• 负责人: 田中 肇
• 金额: $ 311.08万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Specially Promoted Research
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-07-30 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H05619/
• 关键词: 非均衡固体; 運動量保存則; アモルファス物質; ソフトマター; 力学・熱物性; 非平衡固体; 相分離; 水の異常性

（１）ソフトマターの力学的組織化と力学的最適設計：コロイド分散系や単純な一成分からなる流体が気体相と液体相に相分離する際にみられる、ネットワーク状の相分離構造の成長過程を、大規模なシミュレーションにより研究した。その結果、二つの相における粒子の密度が大きく異なり、混み合った相と希薄な相の間で粒子の動きが大きく異なる場合、混み合った相で形成されるネットワーク構造の特徴的なサイズが時間の冪で、自己相似的に成長すること、さらには、この冪乗則の指数（成長指数）が、これまで知られていた相分離の指数（1/3または１）とは異なり、1/2となることを発見した。（２）力学的トポロジーと流動：平均場理論と粒子ベースのモデルを併用して、異種細胞の競合について新たな機構を見出した。この粒子ベースモデルには細胞分裂を制御するために細胞周期制御が組み込まれており、細胞死（アポトーシス）の頻度や、細胞が増殖を停止する特性圧力が異なる異種細胞の混合系を扱うことができる。また、固体の記述におけるラグランジュ・オイラー描像の相違に着目して、固体における波数依存の散逸機構に関して、固体と・液体の本質的な違いに迫る基礎的に重要な発見をした。（３）相互作用ネットワークトポロジーに基づくアモルファス物質の物性解明：これまで、ガラス状態にある物質のエイジングや脱硝を防ぐために、温度を下げその進行を遅らせるアニール法などにより熱力学的に安定化する方法が行われてきた。我々は、コロイド分散系のガラス状態について、粒子の局所密度を均一化するという全く新しい方法で、非常に高い安定性を実現することに成功した。この原理は、ガラス状態を「力学的に均一化」する、すなわち、粒子間にかかる力がどの粒子に対しても釣り合った力学的に均一状態にするという力学的安定化法であり、従来の熱力学的な安定化法とは本質的に異なる全く新しい物理原理を提供する。

(1) ソ フ ト マ タ ー の mechanics と mechanical optimal design of organization: コ ロ イ ド dispersion や 単 pure な as an ingredient か ら な る fluid が 気 body phase と liquid phase separating the に す る interstate に み ら れ る, ネ ッ ト ワ ー ク shape の phase separation structure を の growth process, large-scale な シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ り research し た. そ の results, two つ の phase に お け る particle density の が big き く different な り, mixed み っ た phase と when thin な phase の の で particles move between き が big き く different な る occasions, mixed み っ で た phase formation さ れ る ネ ッ ト ワ ー の ク structure of 徴 な サ イ ズ が time の power で, similar to their own に growth す る こ と, さ ら に は, こ の power 乗 is の index (refers to growth Number) が, こ れ ま で know ら れ て い た phase separation の index (1/3 ま た は 1) と は different な り, 1/2 と な る こ と を 発 see し た. (2) mechanical ト ポ ロ ジ ー と flow: the mean field theory と particle ベ ー ス の モ デ ル を and し て, concurrence of heterogeneous cells の に つ い て new た な institutions を shows し た. こ の particle ベ ー ス モ デ ル に は cell division を suppression す る た め に cell cycle suppression が group み 込 ま れ て お り, cell death (ア ポ ト ー シ ス) の frequency や, cell が raised colonization を stop す る characteristic pressure が different な る heterogeneous cells mixed の is を Cha う こ と が で き る. ま た account, solid の に お け る ラ グ ラ ン ジ ュ · オ イ ラ ー stroke like の に deemed the mesh し て, solid に お け る wave number dependent の dissipative institutions に masato し て な changed the nature of liquid, solid と の い に forced る foundation に important な 発 see を し た. (3) interaction ネ ッ ト ワ ー ク ト ポ ロ ジ ー に base づ く ア モ ル フ ァ interpret の ス material physical properties: こ れ ま で, ガ ラ ス state に あ る material の エ イ ジ ン グ や denitration を anti ぐ た め に, temperature under を げ そ の for を 遅 ら せ る ア ニ ー ル method な ど に よ り thermodynamic に stabilization す る line method が わ れ て き た. I 々 は, コ ロ イ ド dispersion の ガ ラ ス state に つ い て bureau density, particle の を homogenization す る と い う く all new し で, very high に い い method stability を be presently す る こ と に successful し た. こ の principle は, ガ ラ ス state を "homogenization" mechanics of に す る, す な わ ち, between particles に か か る force が ど の particle に し seaborne て も り fishing or っ た mechanics に uniform state に す る と い う mechanical stabilization method で あ り, 従 の な stabilization method of thermodynamics と は に the nature of different な る く all new し い physics を provide す る.

项目成果

EmergenEmergent elastic fields induced by topological phase transitions in a chiral soft crystal

Emergen 手性软晶体中拓扑相变诱导的涌现弹性场

• 发表时间: 2022
• 作者: Shady Salama;Kaihara Toshiya;Fujii Nobutada;Kokuryo Daisuke;Kyohei Takae
• 通讯作者: Kyohei Takae

高エントロピー合金結晶における安定性と易動度の相関関係

高熵合金晶体稳定性和迁移率之间的相关性

• 发表时间: 2022
• 作者: Toyouchi Daisuke;Hotokezaka Kenta;Takada Masahiro;M. Funato and Y. Kawakami;小野真証，畑雅則，常川雅人，野崎謙悟，角倉久志，千葉永，納富雅也;S. Kato (The ALPACA Collaboration);石川陸矢
• 通讯作者: 石川陸矢

Common structural origin of fast and slow dynamics of supercooled liquids

过冷液体快慢动力学的共同结构起源

• 发表时间: 2021
• 作者: Hajime Tanaka;Hua Tong
• 通讯作者: Hua Tong

非ブラウン懸濁液のレオロジーにおける流体力学の役割

流体力学在非布朗悬浮液流变学中的作用

• 发表时间: 2021
• 作者: 寺山智春

分子の立体異方性とねじれを利用した半スカーミオン相の制御

利用分子立体各向异性和扭转控制半斯格明子相

• 发表时间: 2021
• 作者: 大竹 文雄;坂田 桐子;松尾 佑太;高江恭平
• 通讯作者: 高江恭平