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

基于活性物质双稳态旋转运动表达的二进制数字的多体系统：组织与动力学

• 批准号: 22K03475
• 负责人: 古川 一暁
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Meisei University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03475/
• 关键词: アクティブマター; 回転ビット; 多体系; 情報伝達; フラストレーション

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。

在这个研究主题中，第一年的目标是将主动物质的双驱动自动旋转运动视为旋转位，将左旋转表示为0，右旋转为1，并构建具有位于位相互作用的旋转位多体系统。在此下，可以揭示通过优化旋转位的尺寸和旋转轴之间的距离，可以在相邻旋转位之间的相反方向诱导旋转。得出的结论是，此时的相互作用是由于两旋转位的碰撞而导致的接触相互作用。这意味着，离子液体分子的膨胀是离子凝胶自旋转运动的驱动力，在水面上仅影响了极短的时间和极度接近的距离，这与迄今为止研究的樟脑根本不同。据观察，作为n个一维阵列的1×n系统的旋转轴延长至n = 5，并且两个系统中的相邻旋转位旋转。另外，将二维旋转轴阵列扩展到N×M方形阵列或等边三角阵列。在前者中，一个有趣的观察结果是，当存在旋转轴之间的特定距离时，集体运动曾经朝轴的方向排列并再次返回随机旋转运动。在后一种情况下，当相邻旋转位的旋转方向逆转时，没有稳定的旋转方向组合，这类似于磁物理学中称为挫折的现象。他还对将旋转轴放置在kagome晶格中的进一步发展感兴趣。

项目成果

ソフトマター物理研究室

软物质物理实验室