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

阐明纳米气泡的多尺度性质和宏观描述

基本信息

批准号：
21J00034
负责人：
中野裕義
金额：
$ 2.33万
依托单位：
The University of Tokyo (2022)Keio University (2021)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

最近的研究发现，在称为活性物质的非平衡系统中，微泡是稳定的。今年，我们进行了三项研究，以阐明该微泡的特性。 1。活跃的棕色粒子系统是一种遵循最简单动力学的活动物质，并且是数值观察到微泡的少数示例之一。因此，我们对该系统进行了大规模的模拟，对先前的研究进行了后续检查，并研究了先前研究中未报告的元素，例如参数依赖性和系统大小依赖性。 2.1之后，我们对活性棕色颗粒系统的天然各向异性扩张获得了活性棕色颗粒系统的大规模数值模拟。结果，发现具有各向异性自动驾驶力的活性棕色颗粒系统的宏观静态行为等同于由各向异性随机外部场驱动的晶格气体模型的宏观静态行为。此外，具有各向异性自动驾驶力的活性棕色粒子系统经历相分离，但它们的批判现象属于与远距离偶极子相互作用的通用类模型。这些结果很有趣，表明在实验性困难的2D驱动晶格气体模型和2D远程相互作用系统中看到的物理现象可以实现实验性实现。 3。最后，在数值上清楚地表明，在正常活性棕色颗粒系统中发现的微泡是通过自动驾驶力的各向异性去除的。在模拟中，立即通过小各向异性去除气泡，但需要更仔细地研究阈值。