非平衡定常状態における連続対称性の自発的破れと相転移の一般論の構築

非平衡稳态连续对称性自发破缺和相变一般理论的构建

• 批准号: 22K13978
• 负责人: 中野 裕義
• 金额: $ 2.5万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2027-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K13978/
• 关键词: 非平衡揺らぎ; 非平衡相転移; 大規模分子動力学シミュレーション; 南部・ゴールドストーンモード

1. 非平衡流体における異常揺らぎ本研究課題の目標は非平衡定常状態における秩序相が示す普遍的性質をそこで見られる非平衡揺らぎに注目しながら解明することにある。本年度は秩序相の解析に進む前の準備的段階として、非平衡条件下にある単純流体の一様相で見られる異常揺らぎを大規模分子動力学シミュレーションを用いて解析した。揺らぐ流体力学により長距離空間相関が現れることが知られている。本研究では、その理論的に導かれる長距離空間相関をハミルトン粒子系から第一原理的に観測することに成功した。本シミュレーションから、せん断下/熱伝導下で観測される長距離空間相関は系のサイズが小さい時には発達しないことが明らかとなった。言い換えれば、小さい非平衡系の揺らぎはほとんど平衡系と区別できないことになる。非平衡揺らぎが中心的な役割と果たす相転移現象や秩序相の特異な振る舞いはこの有限サイズ効果の影響を強く受けることが示唆される。この有限サイズ性の起源は明らかとなっておらず、本研究でのシミュレーション結果をもとにその解明へと繋げたい。2. 様々な流れの下で起こる連続対称性の自発的破れ実施計画の通り、非平衡定常状態で起こる相転移現象を理論的に解析した。初年度はオーダーパラメータが流れによって直接流される非平衡系に注目し、流れの効果が秩序相に現れる南部・ゴールドストーン(NG)モードと呼ばれる揺らぎにどのような影響を与えるかを明らかとした。せん断流と伸長流という揺らぎが無限に引き延ばされていくタイプの流れはNGモードを強く抑制することが分かった。一方で、楕円回転流のような揺らぎの引き伸ばしが起こらないタイプの流れではNGモードの振る舞いは平衡状態と変わらないことも分かった。この解析結果は非平衡相転移の解析において、揺らぎの無限の引き伸ばしが重要なキーワードとなることを示唆しており、別の非平衡への応用が期待される。

1.非平衡流体中的异常涨落本研究项目的目标是阐明非平衡稳态中有序相的普遍性质，重点关注在那里观察到的非平衡涨落。今年，作为进行有序相分析之前的准备步骤，我们使用大规模分子动力学模拟来分析在非平衡条件下简单流体均匀相中观察到的异常波动。众所周知，由于波动的流体动力学而出现长程空间相关性。在这项研究中，我们成功地以从头开始的方式从哈密顿粒子系统中观察到了这种理论上推导的长程空间相关性。该模拟表明，当系统尺寸较小时，在剪切/热传导下观察到的长程空间相关性不会发展。换句话说，非平衡系统中的小波动与平衡系统中的小波动几乎没有区别。这表明，非平衡涨落起核心作用的相变现象和有序相的特殊行为受到这种有限尺寸效应的强烈影响。这种有限尺寸的起源尚不清楚，我们希望使用本研究中的模拟结果来帮助澄清它。 2.根据各种流动下连续对称性的自发破缺，从理论上分析了非平衡稳态下发生的相变现象。第一年，我们重点研究了有序参数直接受流动影响的非平衡系统，并阐明了流动效应如何影响有序相中出现的称为南部-戈德斯通（NG）模式的波动。发现剪切流和拉伸流等波动无限延伸的流动类型强烈抑制NG模式。另一方面，还发现在诸如椭圆旋转流等脉动未拉伸的流动类型中，NG模式的行为与平衡状态没有什么不同。这一分析结果表明，涨落的无限拉伸是非平衡相变分析中的一个重要关键词，并有望应用于其他非平衡情况。

项目成果

Molecular dynamics study of shear-induced long-range correlations in simple fluids

简单流体中剪切引起的长程相关性的分子动力学研究

• DOI: 10.1103/physrevresearch.4.023147
• 发表时间: 2022
• 期刊: Physical Review Research
• 影响因子: 4.2
• 作者: Nakano Hiroyoshi;Minami Yuki
• 通讯作者: Minami Yuki

異方的アクティブ格子ガスが示す長距離相関とモティリティ誘起相分離

各向异性活性晶格气体表现出的长程关联和运动引起的相分离

• 发表时间: 2022
• 作者: 足立景亮;中野裕義
• 通讯作者: 中野裕義

Molecular dynamics study of nonequilibrium long-range correlation under shear flow

剪切流下非平衡长程关联的分子动力学研究

• 发表时间: 2022
• 作者: Hiroyoshi Nakano;Yuki Minami
• 通讯作者: Yuki Minami

Rainbow Nambu-Goldstone mode under shear flow

剪切流下的 Rainbow Nambu-Goldstone 模式

• 发表时间: 2022
• 作者: Yuki Minami;Hiroyoshi Nakano;Yoshimasa Hidaka
• 通讯作者: Yoshimasa Hidaka

一様せん断流によって誘起される非平衡長距離相関の分子動力学シミュレーション

均匀剪切流引起的非平衡长程关联的分子动力学模拟

• 发表时间: 2022
• 作者: Jun Xia;Yue Fang;Lingjie Meng;Qingwei Yang;Yusuke Okazaki,Takashi Yoshida;Keizo Nagasaki;Hisashi Endo;Hiroyuki Ogata;中野裕義
• 通讯作者: 中野裕義