| 研究概要 |
■ 研究概要
◆研究課題
粒子系の非平衡物理学
◆研究概要
学部で勉強する熱力学や統計力学は主に物質の平衡状態を扱います。 ところが、自然の中の物質は時間的に変化したり、空間的に非一様で流れが生じたりと、平衡状態ではなく非平衡状態であることがほとんどです。 これら物質の非平衡状態を扱うのが非平衡物理学であり、その対象は広範で、当研究室の大きなテーマになります。
非平衡物理学の対象は多岐にわたりますが、当研究室では特に古典的な粒子系を扱います。 例えば、泡、エマルジョン、粉体など、個々の粒子がエネルギーを保存しない「散逸粒子系」のモデルについて詳しく調べており、理論と数値計算の両面から研究に取り組んでいます。 散逸粒子系は巨視的な粒子の集まりなので、温度の影響を受けず、粘性力や摩擦力によってエネルギーを散逸するという特徴があります。 従って、外力が無ければ静止状態に陥りますが、外力を加え続けると、外部からのエネルギー注入と内部のエネルギー散逸がバランスした非平衡定常状態に陥ります。 また、密度に応じて気相、液相、固相に区別され、特に液相からアモルファス固体への変化はジャミング転移と呼ばれ、重要な研究テーマの一つです。 その他、散逸粒子系の輸送現象やメソスケールの物理といったテーマもあり、最近は個々の粒子がエネルギーを生成するアクティブマターなど、新しい研究テーマにも挑戦しています。
当研究室における研究の特長は散逸粒子系の動きをコンピューターで再現し、レオロジーやメカニクスなど力学特性を理論的に予測する点にあります。粉体など散逸粒子系を扱う現場において、これら再現と予測は重要な課題です。例えば、製薬や食品加工など粉体を扱う様々な工学プロセスを分子動力学計算で再現すれば、試験に必要な機材や試料にかかるコストを大幅に削減できるかもしれません。また、理論的な予測に基づいた全く新しい商品開発の可能性もあります。但し、分子動力学計算や非平衡統計力学はあくまで理論的な研究手法であり、実際にある多様な物理的要因の全てを考慮している訳ではありません。従って、研究成果を実用に移すには、実物を使った実験や試験が必要不可欠であり、これを可能にする大学や企業の研究機関との共同研究へのニーズが非常に高いと言えます。 |
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| 業績 |
■ 著書・論文歴
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1. |
2023/03 |
論文 |
Eigenvalue analysis of stress-strain curve of two-dimensional amorphous solids of dispersed frictional grains with finite shear strain Physical Review E 107(3) |
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2. |
2021/06 |
論文 |
The role of friction in statistics and scaling laws of avalanches The European Physical Journal E 44(6) |
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3. |
2021/05/07 |
論文 |
Dynamic Susceptibilities in Dense Soft Athermal Spheres Under a Finite-Rate Shear Frontiers in Physics 9 |
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4. |
2021 |
論文 |
Sound damping in soft particle packings: the interplay between configurational disorder and inelasticity Soft Matter |
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5. |
2020/11/18 |
論文 |
Structural and mechanical characteristics of sphere packings near the jamming transition: From fully amorphous to quasiordered structures Physical Review Materials |
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6. |
2020/04/08 |
論文 |
Critical Scaling of Diffusion Coefficients and Size of Rigid Clusters of Soft Athermal Particles Under Shear Frontiers in Physics 8 |
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7. |
2020/03/16 |
論文 |
Stress Relaxation above and below the Jamming Transition Physical Review Letters 124(11) |
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8. |
2020/02/03 |
その他 |
Universal Relaxation Dynamics of Sphere Packings below Jamming Physical Review Letters 124(5) |
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9. |
2019 |
論文 |
Avalanche Interpretation of the Power-Law Energy Spectrum in Three-Dimensional Dense Granular Flow Physical Review Letters 122(18) |
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10. |
2019 |
論文 |
Correction: Transition rates for slip-avalanches in soft athermal disks under quasi-static simple shear deformations (Soft Matter (2019) DOI: 10.1039/c8sm01966e) Soft Matter 15(17),3627-3627頁 |
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11. |
2019 |
論文 |
Elastic wave propagation in dry granular media: Effects of probing characteristics and stress history International Journal of Solids and Structures 187,85-99頁 |
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12. |
2019 |
論文 |
Nonlocal Effects in Inhomogeneous Flows of Soft Athermal Disks Physical Review Letters 122(18) |
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13. |
2019 |
論文 |
Transition rates for slip-avalanches in soft athermal disks under quasi-static simple shear deformations Soft Matter 15(17) |
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14. |
2019 |
論文 |
Transition rates for slip-avalanches in soft athermal disks under quasi-static simple shear deformations Soft Matter |
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15. |
2019 |
その他 |
Rotational sound in disordered granular materials Physical Review E 99(1) |
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16. |
2018/09/27 |
論文 |
Transition rates for slip-avalanches in soft athermal disks under quasi-static simple shear deformations |
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17. |
2017/10/19 |
論文 |
The effect of microscopic friction and size distributions on conditional probability distributions in soft particle packings Computational Particle Mechanics 4(4),pp.409-417 |
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18. |
2017/07 |
論文 |
Anisotropic decay of the energy spectrum in two-dimensional dense granular flows Physical Review E 96(1) |
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19. |
2017/06/30 |
論文 |
A microscopic theory for discontinuous shear thickening of frictional granular materials EPJ Web of Conferences 140 |
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20. |
2017/06/30 |
論文 |
Stochastic model for the micromechanics of jammed granular materials: Experimental studies and numerical simulations EPJ Web of Conferences 140 |
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21. |
2016/08 |
論文 |
Enstrophy cascades in two-dimensional dense granular flows Physical Review E 94(2) |
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22. |
2016/07 |
論文 |
Kinetic theory for dilute cohesive granular gases with a square well potential Physical Review E 94(1) |
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23. |
2016/06 |
論文 |
Elastic moduli and vibrational modes in jammed particulate packings Physical Review E 93(6) |
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24. |
2016 |
論文 |
Anomalous energy cascades in dense granular materials yielding under simple shear deformations Soft Matter 12(5),pp.1360-1367 |
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25. |
2016 |
その他 |
19pBS-8 粉体ガスにおける引力効果 : 輸送係数の微視的理論 II 日本物理学会講演概要集 71,2837-2837頁 |
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26. |
2016 |
その他 |
A master equation for force distributions in dense granular materials Materials Science and Technology Conference and Exhibition 2016, MS and T 2016 2,1293-1300頁 |
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27. |
2015/04 |
論文 |
The role of gravity or pressure and contact stiffness in granular rheology New Journal of Physics 17 |
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28. |
2015 |
論文 |
A MASTER EQUATION FOR FORCE DISTRIBUTIONS IN POLYDISPERSE FRICTIONAL PARTICLES PARTICLE-BASED METHODS IV-FUNDAMENTALS AND APPLICATIONS pp.1028-1039 |
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29. |
2015 |
論文 |
A Master equation for the probability distribution functions of forces in soft particle packings Soft Matter 11(7),pp.1253-1258 |
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30. |
2015 |
論文 |
A Master equation for the probability distribution functions of forces in soft particle packings SOFT MATTER 11(7),pp.1253-1258 |
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31. |
2015 |
論文 |
Hydrodynamic instabilities in shear flows of dry cohesive granular particles Soft Matter 11(32),pp.6371-6385 |
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32. |
2015 |
論文 |
Hydrodynamic instabilities in shear flows of dry cohesive granular particles SOFT MATTER 11(32),pp.6371-6385 |
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33. |
2015 |
その他 |
21pAK-6 粉体ガスにおける引力効果 : 輸送係数の微視的理論 日本物理学会講演概要集 70,2902-2902頁 |
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34. |
2014/12 |
論文 |
Simulation of cohesive fine powders under a plane shear Physical Review E - Statistical, Nonlinear, and Soft Matter Physics 90(6) |
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35. |
2014/09 |
論文 |
Collective motion of macroscopic spheres floating on capillary ripples: Dynamic heterogeneity and dynamic criticality Physical Review E - Statistical, Nonlinear, and Soft Matter Physics 90(3) |
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36. |
2014/08/22 |
その他 |
9aAY-4 稀薄なファインパウダー気体の輸送係数の理論(9aAY 粉体・交通流,領域11(物性基礎論・統計力学・流体物理・応用数学・社会経済物理)) 日本物理学会講演概要集 69(2),159-159頁 |
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37. |
2014/08 |
論文 |
Effect of cohesion on shear banding in quasistatic granular materials Physical Review E - Statistical, Nonlinear, and Soft Matter Physics 90(2) |
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38. |
2014/03/05 |
その他 |
28aAD-4 一様せん断下ファインパウダー系で非ガウス速度分布が現れるメカニズム(28aAD 粉体・交通流,領域11(物性基礎論・統計力学・流体物理・応用数学・社会経済物理)) 日本物理学会講演概要集 69(1),312-312頁 |
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39. |
2013/08/26 |
その他 |
25pKG-10 Studies of cohesive fine powders under plane shear 日本物理学会講演概要集 68(2),225-225頁 |
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40. |
2013/07 |
論文 |
Quantitative test of the time dependent Gintzburg-Landau equation for sheared granular flow in two dimensions Physics of Fluids 25(7) |
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41. |
2012/08/24 |
その他 |
20aAF-11 散逸粒子系の非平衡定常状態の応答理論(20aAF 領域11,領域12合同 ガラス合同セッション1,領域11(統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理)) 日本物理学会講演概要集 67(2),287-287頁 |
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42. |
2012 |
論文 |
Slow dynamics near jamming 28th International Symposium on Rarefied Gas Dynamics 2012, Vols. 1 and 2 1501(1),pp.1038-1043 |
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43. |
2012 |
論文 |
Time Dependent Ginzburg-Landau Equation for Sheared Granular Flow 28th International Symposium on Rarefied Gas Dynamics 2012, Vols. 1 and 2 1501(1),pp.1001-1008 |
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44. |
2011/10 |
論文 |
Weakly nonlinear analysis of two dimensional sheared granular flow Granular Matter 13(5),pp.697-711 |
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45. |
2011 |
その他 |
粉体せん断流の弱非線形解析(非平衡系の物理-非平衡ゆらぎと集団挙動-,研究会報告) 物性研究 96(1),135-136頁 |
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46. |
2010/11 |
論文 |
Negative normal restitution coefficient found in simulation of nanocluster collisions Physical Review Letters 105(23) |
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47. |
2010/08/18 |
その他 |
24pTF-3 粉体せん断流の弱非線形解析(24pTF 粉体・交通流,領域11(統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理)) 日本物理学会講演概要集 65(2),242-242頁 |
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48. |
2010/03/24 |
論文 |
Motion of a free-standing graphene sheet induced by the collision with an argon nanocluster: Analyses of the detection and heat-up of the graphene Physical Review B - Condensed Matter and Materials Physics 81(11) |
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49. |
2010/03/01 |
その他 |
23aEJ-4 ナノクラスター同士の斜め衝突における負の跳ね返り係数(23aEJ その他の系,領域11(統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理)) 日本物理学会講演概要集 65(1),348-348頁 |
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50. |
2010/03 |
論文 |
Motion of a free-standing graphene sheet induced by the collision with an argon nanocluster: Analyses of the detection and heat-up of the graphene PHYSICAL REVIEW B 81(11) |
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51. |
2009/11 |
論文 |
Simulation of depositions of a lennard-jones cluster on a crystalline surface Progress of Theoretical Physics 122(5),pp.1081-1094 |
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52. |
2009/08/18 |
その他 |
25pQC-10 有限温度の固体表面とのナノクラスター衝突と吸着状態の数値的研究(摩擦・地震・その他の系,領域11,統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理) 日本物理学会講演概要集 64(2),165-165頁 |
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53. |
2007/02 |
論文 |
Rheology of a granular gas under a plane shear Physical Review E 75(2) |
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54. |
2006/03/04 |
その他 |
27pXH-9 粉体剪断流の流体理論解析 : 粉体流はバグノルド流体か?(27pXH 粉流体・交通流,領域11(統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理)) 日本物理学会講演概要集 61(1),272-272頁 |
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55. |
2005/08/19 |
その他 |
21aYO-2 粉体剪断流の応答に関する数値的研究(粉流体・交通流,領域11(統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理)) 日本物理学会講演概要集 60(2),182-182頁 |
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56. |
2005 |
その他 |
24. Simulation of granular shear flow(poster presentation,Soft Matter as Structured Materials) : 物性研究 84(6),pp.909-910 |
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■ 現在の専門分野
| 数理物理、物性基礎 （キーワード：非平衡物理学、ソフトマター、分子動力学法）
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■ 担当経験のある科目
| 1. |
数理統計学（東北大学） |
| 2. |
解析学A（東北大学） |
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■ researchmapその他
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■ 外部研究者ID
| orcID |
0000-0002-3511-2710 |
| Researcher ID |
D-6143-2013 |
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