Multibody System Based on Binary Digit Expressed by Bistable Rotation Motion of Active Matter: Organization and Dynamics

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本研究課題では、アクティブマターの双安定な自己駆動回転運動を、左回転を0、右回転を1と表現する回転ビットとみなし、ビット間相互作用を持つ回転ビット多体系を構築することを初年度の目標とした。この下で、回転ビットのサイズと回転軸間距離を最適化することにより、隣り合う回転ビット間に互いに逆方向の回転を誘導できることを明らかにした。この際の相互作用は、2回転ビットの衝突による接触相互作用であると結論した。これは、イオンゲル自己推進運動の駆動力となるイオン液体分子の水面への展開が極短時間・極近距離にしか影響を及ぼさないことを意味し、これまで多くの研究がなされている樟脳とは本質的に異なる点である。回転軸をn個の1次元配列としての1×n系を n=5 まで拡張し、いずれの系でも隣り合う回転ビットは互いに逆回転することが観察された。また回転軸の2次元配列として、n×m正方配列や正三角形配列への拡張を行った。前者においては、興味深い観察例として、特定の回転軸間距離を有するとき、集団運動がいったん軸の配列方向に揃い再びランダムな回転運動に戻るという結果を得ている。後者においては、隣り合う回転ビットの回転方向が逆になろうとすると安定な回転方向の組み合わせがないという、磁性体物理でフラストレーションと呼ばれる現象と類似の現象がみられた。回転軸をカゴメ格子配置にするなど、さらなる多体系への展開にも興味がもたれる。