2022/04/12 更新

写真a

カワサキ タケシ
川﨑 猛史
KAWASAKI Takeshi
所属
大学院理学研究科 理学専攻 物理学第一 講師
大学院担当
大学院理学研究科
学部担当
理学部 物理学科
職名
講師
連絡先
メールアドレス

学位 1

  1. 博士(工学) ( 2010年3月   東京大学 ) 

研究分野 2

  1. 自然科学一般 / 生物物理、化学物理、ソフトマターの物理  / ガラス転移

  2. 自然科学一般 / 生物物理、化学物理、ソフトマターの物理  / 相転移ダイナミクス

経歴 5

  1. 名古屋大学   理学部物理学科   講師

    2020年3月

  2. 名古屋大学   理学部物理学科   助教

    2015年3月 - 2020年2月

  3. フランス国立科学研究センター (CNRS) 博士研究員

    2013年4月 - 2015年2月

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    国名:フランス共和国

  4. 日本学術振興会特別研究員PD

    2010年4月 - 2013年3月

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    国名:日本国

  5. 日本学術振興会特別研究員DC2

    2008年4月 - 2010年3月

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    国名:日本国

学歴 3

  1. 東京大学   工学系研究科   物理工学専攻

    2007年4月 - 2010年3月

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    国名: 日本国

  2. 東京大学   工学系研究科   物理工学専攻

    2005年4月 - 2007年3月

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    国名: 日本国

  3. 慶應義塾大学   理工学部   物理情報工学科

    2001年4月 - 2005年3月

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    国名: 日本国

所属学協会 1

  1. 日本物理学会

委員歴 2

  1. Frontiers in Physics   レビュー・エディター  

    2021年2月 - 現在   

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    団体区分:学協会

  2. 日本物理学会 領域12 運営委員   化学物理分野 運営委員  

    2015年10月 - 2016年9月   

受賞 10

  1. IOP trusted reviewer award

    2020年9月   Institute of Physics (IOP)  

    Takeshi Kawasaki

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    受賞国:グレートブリテン・北アイルランド連合王国(英国)

  2. 令和2年度文部科学大臣表彰若手科学者賞

    2020年4月   文部科学省  

    川﨑猛史

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    受賞国:日本国

  3. 第13回凝縮系科学賞(理論部門)

    2018年11月   凝縮系科学賞選考委員会   過冷却液体の構造とダイナミクスに関する理論的研究

    川﨑 猛史

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    受賞国:日本国

  4. 第9回日本物理学会若手奨励賞(領域12)

    2015年3月   日本物理学会  

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    受賞国:日本国

  5. Editors' suggestion (Physical Review E)

    2015年1月   American Phsical Society  

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    受賞国:アメリカ合衆国

  6. 最優秀若手講演賞受賞

    2014年7月   MIT and GDR MiDi conference on Modeling Granular Media Across Scales  

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    受賞国:フランス共和国

  7. Editors' choices for 2011 (The Journal of Chemical Physics)

    2011年3月   American Institute of Physics  

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    受賞国:アメリカ合衆国

  8. Editors' choices for 2011 (The Journal of Chemical Physics)

    2011年3月   American Institute of Physics  

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    受賞国:アメリカ合衆国

  9. Journal of Physics: Condensed Matter's 2010 Highlights

    2010年3月   Institute of Physics  

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    受賞国:グレートブリテン・北アイルランド連合王国(英国)

  10. Best presentation award for students

    2007年9月   Tohoku University  

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    受賞国:日本国

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論文 55

  1. Emergent elastic fields induced by topological phase transitions: Impact of molecular chirality and steric anisotropy 査読有り

    Kyohei Takae, Takeshi Kawasaki

    Proc. Natl. Acad. Sci. USA   119 巻   頁: e2118492119   2022年3月

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    担当区分:最終著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2118492119

  2. 濃厚懸濁液系における非線形レオロジー 招待有り 査読有り

    Takeshi Kawasaki

    The Journal of the Society of Rheology Japan   50 巻 ( 1 ) 頁: 63 - 67   2022年2月

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    担当区分:筆頭著者, 最終著者, 責任著者   記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: https://doi.org/10.1678/rheology.50.63

    その他リンク: https://www.jstage.jst.go.jp/article/rheology/50/1/50_63/_article/-char/ja

  3. Distribution and structure analysis of fibril-forming peptides focusing on concentration dependency 招待有り 査読有り

    Yoshitake Sakae, Takeshi Kawasaki, Yuko Okamoto

    ACS omega   7 巻   頁: 10012 - 10021   2022年2月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: https://doi.org/10.1021/acsomega.1c04960

    DOI: https://doi.org/10.1021/acsomega.1c04960

  4. Geometrical properties of mechanically annealed systems near the jamming transition 招待有り 査読有り

    Hiromichi Matsuyama, Mari Toyoda, Takumi Kurahashi, Atsushi Ikeda, Takeshi Kawasaki, Kunimasa Miyazaki

    The European Physical Journal E   44 巻 ( 11 ) 頁: 133   2021年10月

  5. Dynamic Susceptibilities in Dense Soft Athermal Spheres Under a Finite-Rate Shear 招待有り 査読有り

    Norihiro Oyama, Takeshi Kawasaki, Kuniyasu Saitoh

    Frontiers in Physics   9 巻   2021年5月

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    担当区分:責任著者  

    DOI: 10.3389/fphy.2021.667103

  6. Acoustic resonance in periodically sheared glass: damping due to plastic events 招待有り 査読有り

    Takeshi Kawasaki and Akira Onuki

    Soft Matter   16 巻   頁: 9357   2020年8月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1039/d0sm00856g

  7. Active microrheology of a bulk metallic glass 査読有り 国際共著

    Ji Woong Yu, S. H. E. Rahbari, Takeshi Kawasaki, Hyunggyu Park, Won Bo Lee

    Science Advances   6 巻   頁: eaba8766   2020年7月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1126/sciadv.aba8766

  8. Glass stability changes the nature of yielding under oscillatory shear 査読有り

    Physical Review Letters   124 巻   頁: 225502   2020年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.225502

  9. Critical scaling of diffusion coefficients and size of rigid clusters of soft athermal particles under shear, 招待有り 査読有り

    Kuniyasu Saitoh and Takeshi Kawasaki

    Frontiers in Physics   8 巻   頁: 99   2020年4月

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    担当区分:最終著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.3389/fphy.2020.00099

  10. Universal relaxation dynamics of sphere packings below jamming, 査読有り

    Atsushi Ikeda, Takeshi Kawasaki, Ludovic Berthier, Kuniyasu Saitoh, Takahiro Hatano

    Physical Review Letters   124 巻 ( 5 ) 頁: 058001   2020年2月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.058001

    DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.058001

    Web of Science

  11. Local density fluctuation governs the divergence of viscosity underlying elastic and hydrodynamic anomalies in a 2D glass-forming liquid 査読有り

    Hayato Shiba, Takeshi Kawasaki, and Kang Kim

    Physical Review Letters   123 巻   頁: 265501-1 - 265501-5   2019年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

  12. Glassy dynamics of a model of bacterial cytoplasm with metabolic activities

    Norihiro Oyama, Takeshi Kawasaki, Hideyuki Mizuno, Atsushi Ikeda

    Physical Review Research   15 巻   頁: 032038(R)   2019年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

  13. Classification of the reversible-irreversible transitions in particle trajectories across the jamming transition point 査読有り

    Kentaro Nagasawa, Kunimasa Miyazaki, and Takeshi Kawasaki

    Soft Matter   15 巻   頁: 7557   2019年9月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1039/C9SM01488H

  14. Theory of Shear Modulus in Glasses 招待有り

    Akira Onuki, Takeshi Kawasaki

    The Journal of Chemical Physics   150 巻   頁: 124504   2019年3月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1063/1.5082154

  15. Slow dynamics coupled with cluster formation in ultrasoft-potential glasses

    Ryoji Miyazaki, Takeshi Kawasaki and Kunimasa Miyazaki

    The Journal of Chemical Physics   150 巻   頁: 074503   2019年2月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1063/1.5086379

  16. Classification of mobile- and immobile-molecule timescales for the Stokes-Einstein and Stokes-Einstein-Debye relations in supercooled water

    Takeshi Kawasaki, Kang Kim

    Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment   2019 巻   頁: 084004   2019年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1088/1742-5468/ab3114

  17. Discontinuous shear thickening in Brownian suspension 査読有り

    Takeshi Kawasaki, Ludovic Berthier

    Physical Review E   98 巻   頁: 012609   2018年7月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1103/PhysRevE.98.012609

  18. Excitation of vibrational soft modes in disordered systems using active oscillation 招待有り 査読有り

    Elsen Tjhung, Takeshi Kawasaki

    SOFT MATTER   13 巻 ( 1 ) 頁: 111 - 118   2017年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:ROYAL SOC CHEMISTRY  

    We propose a new method to characterize the spatial distribution of particles' vibrations in solids with much lower computational costs compared to the usual normal mode analysis. We excite the specific vibrational mode in a two dimensional athermal jammed system by giving a small amplitude of active oscillation to each particle's size with an identical driving frequency. The response is then obtained as the real time displacements of the particles. We show remarkable correlations between the real time displacements and the eigen vectors obtained from conventional normal mode analysis. More importantly, from these real time displacements, we can measure the participation ratio and spatial polarization of particles' vibrations. From these measurements, we find three distinct frequency regimes which characterize the spatial distribution and correlation of particles' vibrations in jammed amorphous solids. Furthermore, we can possibly apply this method to a much larger system to examine the low frequency behaviour of amorphous solids with a much higher resolution of the frequency space.

    DOI: 10.1039/c6sm00788k

    Web of Science

  19. Spurious violation of the Stokes-Einstein-Debye relation in supercooled water

    Takeshi Kawasaki, Kang Kim

    Scientific Reports   9 巻   頁: 8118   2019年5月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 8118

  20. Prediction and classification in equation-free collective motion dynamics 査読有り

    Keisuke Fujii, Takeshi Kawasaki, Yuki Inaba, and Yoshinobu Kawahara

    PLOS Computational Biology   14 巻   頁: e1006545   2018年11月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1371/journal.pcbi.1006545

  21. Isolating long-wavelength fluctuation from structural relaxation in two-dimensional glass: Cage-relative displacement 招待有り 査読有り

    Hayato Shiba, Peter Keim, Takeshi Kawasaki

    Journal of Physics Condensed Matter   30 巻 ( 9 ) 頁: 094004   2018年2月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Institute of Physics Publishing  

    It has recently been revealed that long-wavelength fluctuation exists in two-dimensional (2D) glassy systems, having the same origin as that given by the Mermin-Wagner theorem for 2D crystalline solids. In this paper, we discuss how to characterise quantitatively the long-wavelength fluctuation in a molecular dynamics simulation of a lightly supercooled liquid. We employ the cage-relative mean-square displacement (MSD), defined on relative displacement to its cage, to quantitatively separate the long-wavelength fluctuation from the original MSD. For increasing system size the amplitude of acoustic long wavelength fluctuations not only increases but shifts to later times causing a crossover with structural relaxation of caging particles. We further analyse the dynamic correlation length using the cage-relative quantities. It grows as the structural relaxation becomes slower with decreasing temperature, uncovering an overestimation by the four-point correlation function due to the long-wavelength fluctuation. These findings motivate the usage of cage-relative MSD as a starting point for analysis of 2D glassy dynamics.

    DOI: 10.1088/1361-648X/aaa8b8

    Scopus

  22. Acoustic resonance in periodically sheared glass

    Takeshi Kawasaki and Akira Onuki

    arXiv     頁: 1708.03166   2017年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

  23. Unveiling Dimensionality Dependence of Glassy Dynamics: 2D Infinite Fluctuation Eclipses Inherent Structural Relaxation 査読有り

    Hayato Shiba, Yasunori Yamada, Takeshi Kawasaki, Kang Kim

    PHYSICAL REVIEW LETTERS   117 巻 ( 24 ) 頁: 245701   2016年12月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:AMER PHYSICAL SOC  

    By using large-scale molecular dynamics simulations, the dynamics of two-dimensional (2D) supercooled liquids turns out to be dependent on the system size, while the size dependence is not pronounced in three-dimensional (3D) systems. It is demonstrated that the strong system-size effect in 2D amorphous systems originates from the enhanced fluctuations at long wavelengths which are similar to those of 2D crystal phonons. This observation is further supported by the frequency dependence of the vibrational density of states, consisting of the Debye approximation in the low-wave-number limit. However, the system-size effect in the intermediate scattering function becomes negligible when the length scale is larger than the vibrational amplitude. This suggests that the finite-size effect in a 2D system is transient and also that the structural relaxation itself is not fundamentally different from that in a 3D system. In fact, the dynamic correlation lengths estimated from the bond-breakage function, which do not suffer from those enhanced fluctuations, are not size dependent in either 2D or 3D systems.

    DOI: 10.1103/PhysRevLett.117.245701

    Web of Science

  24. Macroscopic yielding in jammed solids is accompanied by a nonequilibrium first-order transition in particle trajectories 査読有り

    Takeshi Kawasaki, Ludovic Berthier

    PHYSICAL REVIEW E   94 巻 ( 2 ) 頁: 022615-1 - 022615-6   2016年8月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:AMER PHYSICAL SOC  

    We use computer simulations to analyze the yielding transition during large-amplitude oscillatory shear of a simple model for soft jammed solids. Simultaneous analysis of global mechanical response and particle-scale motion demonstrates that macroscopic yielding, revealed by a smooth crossover in mechanical properties, is accompanied by a sudden change in the particle dynamics, which evolves from nondiffusive motion to irreversible diffusion as the amplitude of the shear is increased. We provide numerical evidence that this sharp change corresponds to a nonequilibrium first-order dynamic phase transition, thus establishing the existence of a well-defined microscopic dynamic signature of the yielding transition in amorphous materials in oscillatory shear.

    DOI: 10.1103/PhysRevE.94.022615

    Web of Science

  25. Identifying time scales for violation/preservation of Stokes-Einstein relation in supercooled water 査読有り

    Takeshi Kawasaki, Kang Kim

    SCIENCE ADVANCES   3 巻 ( 8 ) 頁: e1700399   2017年8月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:AMER ASSOC ADVANCEMENT SCIENCE  

    The violation of the Stokes-Einstein (SE) relation D similar to (h/T)(-1) between the shear viscosity h and the translational diffusion constant D at temperature T is of great importance for characterizing anomalous dynamics of supercooled water. Determining which time scales play key roles in the SE violation remains elusive without the measurement of h. We provide comprehensive simulation results of the dynamic properties involving h and D in the TIP4P/2005 supercooled water. This enabled the thorough identification of the appropriate time scales for the SE relation Dh/T. In particular, it is demonstrated that the temperature dependence of various time scales associated with structural relaxation, hydrogen bond breakage, stress relaxation, and dynamic heterogeneities can be definitely classified into only two classes. That is, we propose the generalized SE relations that exhibit "violation" or "preservation." The classification depends on the examined time scales that are coupled or decoupled with the diffusion. On the basis of the classification, we explain the physical origins of the violation in terms of the increase in the plateau modulus and the nonexponentiality of stress relaxation. This implies that the mechanism of SE violation is attributed to the attained solidity upon supercooling, which is in accord with the growth of non-Gaussianity and spatially heterogeneous dynamics.

    DOI: 10.1126/sciadv.1700399

    Web of Science

  26. Aging or DEAD: origin of the non-monotonic behavior in active glasses

    Natsuda Klongvessa, Christophe Ybert, Cecile Cottin-Bizonne, Takeshi Kawasaki, Mathieu Leocmach

    The Journal of Chemical Physics   (submitted) 巻   2022年2月

  27. Anomalous Long-Range Fluctuations in Homogeneous Fluid Phase of Active Brownian Particles

    Yuta Kuroda, Hiromichi Matsuyama, Takeshi Kawasaki, Kunimasa Miyazaki

    arXiv   2202.04436 巻   2022年2月

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    記述言語:英語  

  28. Cluster Glass Transition of Ultrasoft-Potential Fluids at High Density (vol 117, 165701, 2016) 査読有り

    Ryoji Miyazaki, Takeshi Kawasaki, Kunimasa Miyazaki

    PHYSICAL REVIEW LETTERS   117 巻 ( 23 )   2016年12月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:AMER PHYSICAL SOC  

    DOI: 10.1103/PhysRevLett.117.239902

    Web of Science

  29. Cluster Glass Transition of Ultrasoft-Potential Fluids at High Density 査読有り

    Ryoji Miyazaki, Takeshi Kawasaki, Kunimasa Miyazaki

    PHYSICAL REVIEW LETTERS   117 巻 ( 16 ) 頁: 165701   2016年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:AMER PHYSICAL SOC  

    Using molecular dynamics simulation, we investigate the slow dynamics of a supercooled binary mixture of soft particles interacting with a generalized Hertzian potential. At low density, it displays typical slow dynamics near its glass transition temperature. At higher densities, particles bond together, forming clusters, and the clusters undergo the glass transition. The number of particles in a cluster increases one by one as the density increases. We demonstrate that there exist multiple cluster-glass phases characterized by a different number of particles per cluster, each of which is separated by distinct minima. Surprisingly, a so-called higher order singularity of the mode-coupling theory signaled by a logarithmic relaxation is observed in the vicinity of the boundaries between monomer and cluster glass phases. The system also exhibits rich and anomalous dynamics in the cluster glass phases, such as the decoupling of the self- and collective dynamics.

    DOI: 10.1103/PhysRevLett.117.165701

    Web of Science

  30. Correction: Excitation of vibrational soft modes in disordered systems using active oscillation. 査読有り

    Tjhung E, Kawasaki T

    Soft matter   12 巻 ( 24 ) 頁: 5490   2016年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1039/c6sm90096h

    Scopus

    PubMed

  31. Diverging viscosity and soft granular rheology in non-Brownian suspensions 査読有り

    Takeshi Kawasaki,Daniele Coslovich, Atsushi Ikeda, and Ludovic Berthier

    Physical Review E   91 巻   頁: 012203   2015年1月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevE.91.012203

  32. モンペリエ第二大学滞在記

    川﨑 猛史

    アンサンブル   17 巻 ( 3 ) 頁: 181 - 184   2015年

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    出版者・発行元:分子シミュレーション研究会  

    DOI: 10.11436/mssj.17.181

  33. Thinning or thickening? Multiple rheological regimes in dense suspensions of soft particles 査読有り

    Takeshi Kawasaki, Atsushi Ikeda, Ludovic Berthier

    EPL   107 巻 ( 2 ) 頁: 28009   2014年7月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: doi:10.1209/0295-5075/107/28009

  34. Structural evolution in the aging process of supercooled colloidal liquids 査読有り

    Takeshi Kawasaki, Hajime Tanaka

    Physical Review E   89 巻   頁: 062315   2014年6月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevE.89.062315

  35. Dynamics in a tetrahedral network glassformer: Vibrations, network rearrangements, and diffusion 査読有り

    Takeshi Kawasaki, Kang Kim, Akira Onuki

    The Journal of Chemical Physics   140 巻   頁: 184502   2014年5月

     詳細を見る

    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4873346

  36. Spatiotemporal Heterogeneity of Local Free Volumes in a Highly Supercooled Liquid 査読有り

    Hayato Shiba,Takeshi Kawasaki

    The Journal of Chemical Physics   139 巻   頁: 184502   2013年11月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4829442

  37. Spatiotemporal heterogeneity of local free volumes in highly supercooled liquid. 査読有り

    Shiba H, Kawasaki T

    The Journal of chemical physics   139 巻 ( 18 ) 頁: 184502   2013年11月

     詳細を見る

    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1063/1.4829442

    Web of Science

    PubMed

  38. Slow relaxations and stringlike jump motions in fragile glass-forming liquids: Breakdown of the Stokes-Einstein relation 査読有り

    Takeshi Kawasaki, Akira Onuki

    Physical Review E   87 巻   頁: 012312   2013年1月

     詳細を見る

    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevE.87.012312

  39. Dynamics of thermal vibrational motions and stringlike jump motions in three-dimensional glass-forming liquids 招待有り 査読有り

    Takeshi Kawasaki, Akira Onuki

    The Journal of Chemical Physics   138 巻   頁: 12A514   2013年1月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4770337

  40. Hierarchical heterogeneous glassy dynamics of configuration changes and vibration modes 招待有り 査読有り

    Takeshi Kawasaki, Hayato Shiba, Akira Onuki

    AIP Conference Proceedings   1518 巻   頁: 784 - 791   2013年

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)  

    To understand the quantitative properties of dynamic heterogeneities on glassy particle systems, we use the theoretical scheme of bond-breakage which can detect configuration rearrangements corresponding to the structural relaxations. It is compared with the four-point correlation scheme for the results of binary mixtures with molecular dynamics simulations of two dimensional NVE ensembles. From the comparisons in the systems, we find superpositions of heterogeneity of configuration rearrangements and that induced by low-frequency vibration modes. The bond breakage scheme detects the long-time relaxations without short-time vibrations. The four-point scheme detects the mixed dynamics of the both. We find that the results on four-point scheme are sensitive to the influence of such vibration modes which gives rise to detectable system-size effects in physical properties. © 2013 American Institute of Physics.

    DOI: 10.1063/1.4794679

    Scopus

  41. Spontaneous bond orientational ordering in liquids: An intimate link between glass transition and crystallization 招待有り 査読有り

    Hajime Tanaka, John Russo, Mathieu Leocmach, Takeshi Kawasaki

    4TH INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON SLOW DYNAMICS IN COMPLEX SYSTEMS: KEEP GOING TOHOKU   1518 巻   頁: 143 - 152   2013年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)   出版者・発行元:AMER INST PHYSICS  

    The origin of slow dynamics near glass transition and the mechanism of crystal nucleation are two unsolved fundamental problems associated with the metastable supercooled state of a liquid. So far these phenomena have been considered rather independently, however, we have revealed an intimate link between them. Recently we found that crystal-like bond orientational order develops in the supercooled state of (nearly) single-component systems such as spin liquids and weakly polydisperse colloidal liquids. In these liquids, low free-energy configurations in a supercooled liquid have a link to the rotational symmetry which is going to be broken upon crystallization. We argue that this is a direct consequence of that the same free energy governs both glass transition and crystallization at least in this type of liquids. We found that it is such structural ordering at least in this type of liquids that causes glassy slow dynamics and dynamic heterogeneity. Furthermore, we revealed that such structural order also plays a crucial role in crystal nucleation: Crystallization is a process of the enhancement of spatial coherence of crystal-like bond orientational order and 'not' driven by translational order at least in the nucleation stage. These results clearly indicate that the theoretical description at the two-body level is not enough to describe these phenomena and it is crucial to take into account many body correlations, particularly, bond orientational correlations. We argue that there is an intrinsic link between glass transition and crystallization if crystallization does not accompany other processes such as phase separation. If crystallization involves phase separation, on the other hand, such a direct link may be lost. We speculate that even in such a case glassy structural order may still be associated with low free-energy local configurations.

    DOI: 10.1063/1.4794561

    Web of Science

  42. Relationship between bond-breakage correlations and four-point correlations in heterogeneous glassy dynamics: Configuration changes and vibration modes 査読有り

    Hayato Shiba,Takeshi Kawasaki, and Akira Onuki

    Physical Review E   86 巻   頁: 041504   2012年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevE.86.041504

  43. Rheology of Solids 査読有り

    Takeshi Kawasaki, Akira Onuki

    NIHON REOROJI GAKKAISHI   40 巻 ( 3 ) 頁: 151 - 155   2012年

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:SOC RHEOLOGY, JAPAN  

    We review our recent studies on the structural disorder in crystal, polycrystal, and glass in a Lennard-Jones binary mixture in three dimensions using molecular dynamics simulation. At a low temperature, the crossovers among these states occur as the amount of the large particles is varied. We define a disorder variable D-j (t) for each particle j in terms of local bond order parameters based on spherical harmonics (Steinhardt order parameters). Mesoscopic structural heterogeneity in glass is then visualized. In fcc crystal and polycrystal, we show that stacking faults play an important role in plasticity.

    Web of Science

  44. Construction of a disorder variable from Steinhardt order parameters in binary mixtures at high densities in three dimensions 査読有り

    Takeshi Kawasaki, Akira Onuki

    The Journal of Chemical Physics   135 巻   頁: 174109   2011年11月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.3656762

  45. Structural signature of slow dynamics and dynamic heterogeneity in two-dimensional colloidal liquids: glassy structural order 査読有り

    Takeshi Kawasaki, Hajime Tanaka

    Journal of Physics: Condensed Matter   23 巻 ( 19 ) 頁: 194121   2011年4月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: doi:10.1088/0953-8984/23/19/194121

  46. Structural origin of enhanced slow dynamics near a wall in glass-forming systems 査読有り

    Keiji Watanabe, Takeshi Kawasaki, and Hajime Tanaka

    Nature Materials   10 巻   頁: 512   2011年4月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: doi:10.1038/nmat3034

  47. Formation of a crystal nucleus from liquid 査読有り

    Takeshi Kawasaki, Hajime Tanaka

    PNAS   107 巻 ( 32 ) 頁: 14036   2010年6月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: doi: 10.1073/pnas.1001040107

  48. Structural origin of dynamic heterogeneity in three-dimensional colloidal glass formers and its link to crystal nucleation 査読有り

    Takeshi Kawasaki, Hajime Tanaka

    Journal of Physics: Condensed Matter   22 巻 ( 23 ) 頁: 232102   2010年5月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: doi:10.1088/0953-8984/22/23/232102

  49. Critical-like behaviour of glass-forming liquids 査読有り

    Hajime Tanaka, Takeshi Kawasaki, Hiroshi Shintani, Keiji Watanabe

    Nature Materials   9 巻   頁: 324   2010年1月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: doi:10.1038/nmat2634

  50. Apparent Violation of the Fluctuation-Dissipation Theorem due to Dynamic Heterogeneity in a Model Glass-Forming Liquid 査読有り

    Takeshi Kawasaki, Hajime Tanaka

    Physical Review Letters   102 巻   頁: 185701   2009年5月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.102.185701

  51. Reply to the comment on Correlation between Dynamic Heterogeneity and Medium-Range Order in Two-Dimensional Glass-Forming Liquids 査読有り

    Takeshi Kawasaki, Hajime Tanaka

    Physical Review Letters   100 巻   頁: 099602   2008年3月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.100.099602

  52. Comment on "Correlation between dynamic heterogeneity and medium-range order in two-dimensional glass-forming liquids" - Reply 査読有り

    Takeshi Kawasaki, Takeaki Araki, Hajime Tanaka

    PHYSICAL REVIEW LETTERS   100 巻 ( 9 ) 頁: 099602   2008年3月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:AMER PHYSICAL SOC  

    DOI: 10.1103/PhysRevLett.100.099602

    Web of Science

  53. Kawasaki, Araki, and Tanaka Reply: 査読有り

    T. Kawasaki, T. Araki, H. Tanaka

    Physical Review Letters   100 巻 ( 9 )   2008年

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    記述言語:英語  

    DOI: 10.1103/PhysRevLett.100.099602

  54. Link between vitrification and crystallization in two-dimensional polydisperse colloidal liquid 招待有り 査読有り

    T. Kawasaki, T. Araki, H. Tanaka

    COMPLEX SYSTEMS-BOOK 1   982 巻   頁: 238 - 240   2008年

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(国際会議プロシーディングス)   出版者・発行元:AMER INST PHYSICS  

    Glasses are formed if crystallization is avoided upon cooling or increasing density. However, the physical factors controlling the ease of vitrification and nature of the glass transition remain elusive. We use numerical simulations of polydisperse hard disks to tackle both of these longstanding questions. Here we systematically control the polydispersity in two-dimensional colloidal simulations, i.e., the strength of frustration effects on crystallization. We demonstrate that medium-range crystalline order grows in size and lifetime with an increase in the colloid volume fraction or a decrease in polydispersity (or, frustration). We find a direct relation between medium-range crystalline ordering and the slow dynamics that characterizes the glass transition. This suggests an intriguing scenario that the strength of frustration controls both the ease of vitrification and nature of the glass transition at least in this system. Vitrification may be a process of hidden crystalline ordering under frustration. This not only provides a physical basis for glass formation, but also an answer to a longstanding question on the structure of amorphous materials: "order in disorder" may be an intrinsic feature of a glassy state of material. Thus our scenario makes a natural connection between structure and dynamics in glass-forming materials, although its relevance should be carefully checked for 3D glass-forming liquids.

    Web of Science

  55. Correlation between Dynamic Heterogeneity and Medium-Range Order in Two-Dimensional Glass-Forming Liquids 査読有り

    Takeshi Kawasaki, Takeaki Araki, Hajime Tanaka

    Physical Review Letters   99 巻   頁: 215701   2007年11月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.99.215701

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MISC 3

  1. 8aAP-6 様々な過冷却液体におけるボンド結合破断ダイナミクスとフラジリティーの関係(8aAP 領域11,領域12合同 ガラス合同2,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))

    川崎 猛史, 金 鋼, 小貫 明  

    日本物理学会講演概要集69 巻 ( 2 ) 頁: 127 - 127   2014年8月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:一般社団法人日本物理学会  

    CiNii Books

  2. 26aKP-6 過冷却液体における局所密度の不均一性と動的不均一,基準振動モード(ガラス合同2,領域12,領域11合同,領域12(ソフトマター物理,化学物理,生物物理))

    芝 隼人, 川崎 猛史  

    日本物理学会講演概要集68 巻 ( 2 ) 頁: 311 - 311   2013年8月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:一般社団法人日本物理学会  

    CiNii Books

  3. 21aAF-2 過冷却液体における再配置運動と協同運動(21aAF 領域11,領域12合同 ガラス合同セッション2,領域11(統計力学,物性基礎論,応用数学,力学,流体物理))

    川崎 猛史, 芝 隼人, 小貫 明  

    日本物理学会講演概要集67 巻 ( 2 ) 頁: 310 - 310   2012年8月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:一般社団法人日本物理学会  

    CiNii Books

講演・口頭発表等 11

  1. Classification of the reversible-irreversible transitions in particle trajectories near the jamming transition 国際会議

    川﨑 猛史

    Rheology of disordered particles — suspensions, glassy and granular materials:part II  2018年6月28日 

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    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:Kyoto  

  2. A non-equilibrium phase transition in particle trajectories near the jamming transition 招待有り 国際会議

    川﨑 猛史

    International mini-workshop on Nonequlibrium transport and phase transition in novel materials  2018年11月26日 

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    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

    開催地:Nagoya  

  3. A non-equilibrium phase transition in particle trajectories near the jamming transition 招待有り 国際会議

    川﨑 猛史

    Soft Matter Physics: from the perspective of the essential heterogeneity  2018年12月12日 

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    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

    開催地:Fukuoka  

  4. Melting Phenomena in Two-Dimensional Anisotropic Particles 招待有り

    川﨑猛史

    新学術領域研究「量子液晶の物性科学」令和2年度領域研究会  2020年12月23日 

  5. 周期振動下高密度分散系の粒子軌道に関する可 逆・不可逆不連続転移

    川﨑 猛史

    第 30 回分子シミュレーション討論会  2016年12月2日 

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    記述言語:日本語  

  6. 周期剪断を与えた高密度分散系の粒子軌道に関する可 逆・不可逆非平衡相転移" 招待有り

    川﨑 猛史

    特別講演会 「粒子系の構造形成と不均一変形のダイナミクス  2017年1月23日 

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    記述言語:日本語  

  7. 古典的異方粒子系における相転移ダイナミクス” 招待有り

    川﨑猛史

    新学術領域研究「量子液晶の物性科学」C01班公募研究キックオフミーティング  2020年7月8日 

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    記述言語:日本語  

  8. ブラウン粒子の不連続シアシックニング

    川崎猛史, Ludovic Berthier

    日本物理学会 2018年度秋季大会, 10pM102-10  2018年9月9日 

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    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:同志社大学  

  9. ジャミング転移点近傍における粒子軌道の可逆性に関する非平衡相転移

    川﨑 猛史

    第32回分子シミュレーション討論会  2018年11月28日 

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    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

    開催地:筑波 産総研  

  10. ジャミング転移点近傍にある周期剪断下高密度分散系における粒子軌道の可逆・不可逆転移 Reversible-irreversible transitions in particle trajectories in oscillatory sheared systems near the jamming transition"

    永澤謙太郎, 宮崎州正, 川崎猛史

    日本物理学会 2017年度年次大会 岩手大学 

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    記述言語:英語  

  11. Reversible-Irreversible transition in particle trajectories near the jamming transition 招待有り 国際会議

    川﨑 猛史

    2019 International Workshop on Soft Matter and Biophysics Theories (SMTB2019) BTG Fragrance Hill Hotel, Beijing  2019年5月11日 

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    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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共同研究・競争的資金等の研究課題 1

  1. Designing reconfigurable soft materials using light-activated rotational jamming

    2017年5月 - 2019年5月

    Takeshi Kawasaki and Lilian Hsiao

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    資金種別:競争的資金

科研費 13

  1. 多様な非晶性固体の構造解析スキームの開発

    研究課題/研究課題番号:JPMJFR212T  2022年4月 - 2025年3月

    科学技術振興機構  JST 創発的研究支援事業 

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:20000000円 ( 直接経費:20000000円 )

  2. キラル古典異方粒子系におけるトポロジカル相の制御

    2022年4月 - 2025年3月

    日本学術振興会  2022年度 新学術領域研究(研究領域提案型)(継続の研究領域)量子液晶の物性科学 

    川﨑猛史

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    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

    配分額:2860000円 ( 直接経費:2200000円 、 間接経費:660000円 )

  3. 液晶秩序を発現する古典異方粒子系における相転移ダイナミクス

    2020年4月 - 2022年3月

    科学研究費補助金  量子液晶の物性科学

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    担当区分:研究代表者 

  4. 変形可能な超粒子分散系におけるパッシブ・アクティブダイナミクスの統一的研究

    2016年4月 - 2019年3月

    科学研究費補助金  若手研究(A)

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    担当区分:研究代表者 

  5. エネルギー地形および非平衡相転移描像を用いた,固体の力学応答に関する統一的理解

    2019年4月 - 2022年3月

    科学研究費補助金  基盤研究(C)

  6. 非平衡系のガラス・ジャミング転移

    研究課題/研究課題番号:20H00128  2020年4月 - 2024年3月

    宮崎 州正

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    担当区分:研究分担者 

    液体が低温で結晶状に固まる現象は相転移としてよく理解されているが、液体が低温でアモルファス状に固まるガラス転移は、未だによく理解されていない。相転移であれば秩序の変化を伴うはずだが、アモルファス固体の中にそれがはっきりと見えないのである。このガラスに隠れているに違いない秩序を探すために、我々は、ガラスを変形させるなど、あえて非平衡状態に置くことを考える。系が熱平衡状態から大きくずれると、より低温・高圧力の領域の探索が容易になったり、ランダムな秩序を検出しやすくなるからである。我々の研究は、ガラス転移の本質的理解に資するだけでなく、ガラスの応用の裾野を広げる可能性を秘めている。

  7. 液晶秩序を発現する古典異方粒子系における相転移ダイナミクス

    研究課題/研究課題番号:20H05157  2020年4月 - 2022年3月

    新学術領域研究(研究領域提案型)

    川崎 猛史

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:2990000円 ( 直接経費:2300000円 、 間接経費:690000円 )

    本研究の目的は,ソフトマター物理学で得られた理論的知見を応用し,電子系をはじめとする,量子系で観測される新奇な相転移現象の発現機構を解明することである.量子系の第一原理計算は計算コストが高く,大きな系を扱うことが難しいため,ナノスケールからメソスケールの構造形成に関する理論は未開拓である.本研究では,量子効果として本質となりうる異方的相互作用を取り入れた古典粒子系を用いることで,数値計算の大規模化を図る.その中で,粒子の異方性を系統的に変化させた際における,固体や液体の相転移挙動や,その力学応答を調べることで,量子系で見られる新奇現象の理解につなげることを目標とする.

  8. エネルギー地形および非平衡相転移描像を用いた,固体の力学応答に関する統一的理解

    研究課題/研究課題番号:19K03767  2019年4月 - 2022年3月

    川崎 猛史

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:4160000円 ( 直接経費:3200000円 、 間接経費:960000円 )

    結晶やアモルファス等の固体材料は,これらの初期構造の安定性によって,変形に対して急激に壊れる(脆性破壊)または徐々に壊れる(延性破壊)を示すことが経験的に知られている.しかし,これらの物理機構は未解明である.本研究は,コンピュータシミュレーションを用い,熱や変形により固体の初期構造を系統的に変化させ,脆性破壊および脆性破壊が起こる物理機構を解明する.
    物質をある初期温度で構造緩和させ,その後冷却するという過程をアニールとよび,その力学物性はアニール温度によって大きく変化することが知られている.十分アニールした場合,初期温度が低いほど,物質はより安定な構造をとる.一方,この安定性に関する議論は,あらわに構造が特定できないガラスにおいても適用可能であることが知られている.ミクロな側面から多大な知見を与える分子動力学法など従来型の数値計算では,大規模なものであっても構造緩和時間を高々ミリ秒オーダーまでしか計算することが難しいため,実験におけるガラス転移温度に比べ遥かに高温領域までしかアニールすることが出来なかった.これに対して本研研究では,大変効率の良い熱平衡サンプリング法を用いることにより,アニール温度を大きく変化させた,安定性が幅広く異なるガラスに対し,非常にゆっくりな(準静的な)周期剪断を与えた際の力学特性を調べた.
    本年度の成果は以下の通りである.
    (1) 剪断強度を大きくしていくと,高温でアニールしたガラスは,高エネルギー状態から徐々にエネルギーが下がり,降伏が起こるところで最小値を示し,降伏後上昇することを確認した.一方,極低温でアニールしたガラスは,低エネルギーを示す安定状態から始まり,降伏までエネルギーはほぼ一定となった.そして、降伏の際,不連続に増大し,その後は高温でアニールしたサンプルと同様な振る舞いを見せることが分かった.
    (2) 高温でアニールしたサンプルにおける応力歪み曲線は,連続的に振る舞い,一方,極低温でアニールしたサンプルは、降伏で不連続に振る舞うことを確認した.さらに,ここでの不連続な振る舞いは,エネルギーが不連続に増大することと対応していることを明らかにした.
    (3) 降伏の不連続性の有無は,初期状態のエネルギーが降伏時におけるエネルギーの大小関係から一意に決まることを示した.
    サンプルに対するアニールの度合いにより,応力歪み曲線において,脆性破壊的な不連続的振る舞いを見せる場合と,延性破壊的な連続的振る舞いを見せることは近年の先行研究により示されていたが,そのメカニズムは明らかとなっていなかった.本研究では,初期構造のエネルギーと,降伏時におけるエネルギーを比較することにより力学応答が脆性的になるか,あるいは延性的となるかが一意に決まるという極めて明解な結果を得た.本研究結果は,論文として纏められており,最近(2020年6月),Physical Review Lettersから出版されたことからも,十分なインパクトを有すると考えている.
    本年度は,系全体のエネルギー―などマクロな量についての議論を行った.今後は,剪断に伴う構造変化やそれに伴う力学物性の異方性など,よりミクロな観点からこの問題を考察したい.特に,サンプルの構築に関しては,アニールを熱だけでなく,周期剪断の様な機械強化機構(機械的アニールと呼ぶ)に置き換え,これを熱によりアニールされた系と比較することにより,それぞれにおける力学応答の類似点と相違点を明らかにする.

  9. 分子論的に予言するガラス転移の劇的スローダウン:遷移状態と輸送特性

    研究課題/研究課題番号:18H01188  2018年4月 - 2022年3月

    基盤研究B

    金 鋼

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    担当区分:研究分担者 

    温度の低下に伴い過冷却液体の運動性は急激に低下し、ガラス転移温度以下では測定不可能となる。そのため過冷却液体はガラス転移を起こす原因を解明するための本質的な情報を保持している。分子レベルの局所構造が運動性逓減の原因と考えられているが、分子数個程度の局所構造と巨視的な輸送係数との関係を記述する枠組を構築する必要がある。分子スケールの局所構造が運動性を逓減させる現象としてケージ効果がある。ケージ効果とは周囲の分子で形成するケージが分子を一定時間拘束する現象であり、これにより分子の運動は低下して拡散係数は低下する。ゆえにケージ構造を明確に定義することは、局所構造-輸送係数の相関を解明する重要な手掛かりとなる。本年度、過冷却水をターゲットとした、ケージ効果と分子拡散の相関を抽出するゲージジャンプモデルを開発した。さらに、シリカガラス、金属ガラスとともに高分子ガラスにおいてもアモルファス性によるボゾンピークが見られることから、高分子のガラス化過程の振動状態密度解析をおこなった。そこでKremer-Grestモデルを用いた高分子溶融体の分子動力学シミュレーションをおこなった。その結果、分子量、屈曲性またさらに共重合性を系統的に変化させることにより、高分子ガラスにおけるボゾンピーク周波数とガラス転移温度の相関を見出した。特に、低分子ガラスのボゾンピークと直接比較することから高分子性に由来する部分との分離をおこない、ガラス温度決定のメカニズムに直結することがわかった。さらに、金属ガラスとシリカガラスを関連付けるポテンシャル調整型分子シミュレーションにおいてフラジリティに依存せずアモルファス性に由来する局在化モードが存在することをがわかった。
    本年度の成果として得た過冷却水における水素結合破断プロセスを解明するケージジャンプモデルの開発は、これを足掛かりとすれば一般のガラス物質における運動性逓減と輸送係数の関係、つまりフラジリティの分子論的起源解明できる一般的な枠組みが構築に結びつくと考えている。
    今後の研究により、ガラスの劇的スローダウンにおける構造緩和する経路と輸送係数・巨視的物性を結びつける解析を目指す。特にガラス状態において顕著なボゾンピークと輸送係数を直接結びつけることが必要不可欠でありこれを解決する。

  10. ジャムドマターの非ガウスゆらぎとレオロジー

    研究課題/研究課題番号:16H04025  2016年4月 - 2020年3月

    早川 尚男

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    担当区分:研究分担者 

    2018年度以降に科研費メンバーを集めた研究連絡会を3回開いた他に、研究代表者を中心にして2週間のミニ滞在型国際会議と小規模な国際会議を何れも京大基研で開催して、情報連絡を行った。
    研究代表者、分担者の原著出版論文は印刷中を含めて16篇であり、投稿中のプレプリントは11篇にも及ぶ。この多数のプレプリントは、プロセスで揉めている論文が多い事もあるが、研究成果がまとまりつつある段階にあると考えても良い。また印刷中を含めた出版論文のうち3篇は高インパクトファクターのPhysical Review Lettersである点は特筆すべきである。また解説論文3篇は広く研究成果を世に問うのに役立っていると自負している。
    褒章関係では代表者の早川がPTEP特別表彰を受けた事と、分担者の川崎が凝縮系科学賞を受けた事及び分担者の大槻と早川の研究が2018年流体力学会で注目論文に選ばれた事は特筆すべきであろう。また早川の研究室OBの佐野友彦が物理学会若手奨励賞に輝いた事及び、分担者の大槻が阪大准教授に昇進し、分担者ではないが毎回研究連絡会に参加している早川研究室OBの高田智史が東京農工大のテニュアトラック准教授になった点は本研究成果の一環として記載して良いだろう。
    主な研究成果として(1)非ガウスノイズに駆動されたアクティブマター多体系の有効引力、(2)非ブラウニアンサスペンションのジャミング点近傍での粘性率の発散理論、(3)振動剪断粒子系のシミュレーションによるシアジャミング、フラジャイル状態の特定、(4)振動粉体層の砂山形成, (5)粉体レオロジーの非局所理論の進展、(6)粉体乱流と雪崩による塑性流動の関係等である。その他、固定ターゲットに粒子流を当てた際の抵抗や後背流、粉体中で球形粒子が動く際に働く抵抗力の研究等にも成果があった。
    研究概要に記載した通り、特にプレプリント段階の研究成果が多く出ており、概ね順調に進展していると言える。しかし、そのうちの幾つかは投稿後の審査段階で揉めた結果であり、特に研究代表者の出版論文が少なかったのは残念であった。
    これまでに引き続き本研究計画の最終年度である本年度にまとまった成果が出るように邁進する。研究連絡会は既に5月に行ったものを含めて9月ともう一回の3回程度行う予定である。研究計画申請時には最終年度に国際会議を行う予定であったが、研究代表者を中心に2020年度に内外の一流の研究者を集めた5週間の国際滞在型研究を開催することが決まったので、その準備を行う必要がある。
    研究内容については、剪断下の2体相関の異方性の理論の構築と接触点の角度分布との関係を確立する事が急務である。その他、非ガウスゆらぎとトポロジーの関係にも注目して理論の構築を急いでいる。

  11. 非平衡・非一様・非従来型液体のガラス転移の研究

    研究課題/研究課題番号:16H04034  2016年4月 - 2020年3月

    宮崎 州正

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    担当区分:研究分担者 

    (1)非平衡ガラス転移について:(a) 昨年度に引き続きアクティブマターの新規モデルの開発とその解析を行った。非マルコフ過程に従うランジュバン方程式では、散逸と揺らぎの二つの緩和時間がある、その両方が等しい場合が平衡系である。一方、揺らぎの緩和時間のみを有限にしたモデルが、最近研究されているアクティブマターである。我々は散逸の緩和時間も系統的に変化させたモデルを考案し、その解析を行った。その結果、その密度が抑えられ、超一様系が存在することが明らかになった。その指数は非整数でありこれまで発見された超一様性のモデルのいずれにも属さないのものである。(b)標準的なアクティブマターの模型であるAOUPモデルのガラス転移の解析を行った。従来にはない大きな「非平衡度」領域を幅広く探索し、その領域での動的不均一性を解析した。我々の解析結果は動的相関などに際立った相違が現れることを示唆している。(c)コロイド系とガラス系のジャミング転移近傍の非線形レオロジーと可逆不可逆転移について解析を行った。ジャミング転移点より低密度領域においてもその動的挙動は極めて多彩であり、粒子軌道は不可逆的になりうる。不可逆軌道の一部は、応力応答として巨視的に観測できることを明らかにした。また急冷したガラス系の応力応答の解析を行い、その非線形レオロジーが急冷速度と振動シアの振幅に大きく依存する事を明らかにした。
    (2)非一様ガラス転移について:ランダムピニング系のガラス相における残留エントロピーとダイナミクスの計算から、metabasin中のダイナミクスが残っており、ランドスケープの階層性に由来する残留エントロピーが有限であることを示した。
    (3)非従来系のガラス転移について:ultrasoft系の解析を行い、ガラス転移線上に起こる動的特異点付近でのStokes-Einstein則の破れを定量的に評価した。
    (1)非平衡ガラス転移について:(a) 新規アクティブマター模型の提案と、新しいタイプの超一様性の発見は予想していなかったことである。超一様性はいくつかの非平衡模型で発見されているが、我々の指数は、それらのいずれとも異なる。さらにこの系は動的に揺らいでいる系であり、これまでの静的なモデルとは本質的な相違がある。その意味で今後研究が発展的に進むことが期待である。しかし今年度の解析はまだ限定的でさらなる系統的な解析が必要である。(b)AOUPモデルのガラス転移の研究の結果は、アクティブガラスの本質的には平衡ガラスと大きく変わらないという先行研究の結論に反するものであり、意義が大きい。しかしその相違の定量的な評価、物理的な起源についての解析は今後の課題である。(c)ガラス系とジャミング系の非線形レオロジーと可逆不可逆転移の問題では、多くの知見と成果が得られた。しかしそれ以上に、多くの課題が浮上し、この問題の奥の深さと今後の発展の可能性が明らかになった。その課題を顕在させたことが最大の成果かもしれない。
    (2)非一様ガラス転移について:プロジェクトとしては終盤となり解析と論文出版を行った。課題は多く残されているものの高い評価を得られる結果となった。
    (3)非従来系のガラス転移について:従来の典型的な系では見られないガラス転移の挙動、とくに大きなStokes-Einstein則の破れが成果である。この系の特異ダイナミクスはほぼ解析し尽くしたが、背後にあるであろう液体のポリアモルフィズムについては、今後の課題として残された。
    H31年度は、研究の三つの柱のうち、(1) 非平衡系のガラス転移を数値的解析を中心に、研究を実施する。(a)アクティブマター系で、既に我々が明らかにした、超一様性を示すパラメータ領域のダイナミクスも解析を開始する。(b) アクティブマターのガラス転移においては、今年度は解析をさらに進める。特に、動的不均一性に注目し、システムサイズ依存性、質量依存性(ダイナミクス依存性)を詳細に解析し、ボンド相関長などを通した特徴的な長さの抽出を目指す。これにより非平衡系特有の揺らぎのガラス転移における本質を抽出する。(c) ガラス系、ジャミング系の可逆不可逆転移と非線形レオロジーの解析をさらに進める。これまでほとんど手続かずであったジャミング点の直近、臨界領域を開拓する。このジャミング転移点は、ジャミングをする前の母体となる液体の構造に敏感に依存する。つまり圧力を急上昇させる前のアニールを充分に行うとより高密度のジャミング状態が得られる。そのクロスオーバはMCT転移点に支配されている。我々は、液体をMCT転移点以下で系統的にアニールさせ、ジャミング転移点近傍の不可逆転移とレオロジーを詳細に解析する。これにより、ジャミング転移点以下でも、シアにより誘引されるシアジャミング現象や、線形応答領域(弾性領域)と流動領域(降伏領域)の中間相である非線形応答領域に探索を行う。これらの解析は、可逆不可逆転移、降伏転移、ジャミング転移、ガラス転移、そして新しいガラス転移相として脚光を浴びているガードナー転移を統一的に理解する試みである。

  12. 変形可能な超粒子分散系におけるパッシブ・アクティブダイナミクスの統一的研究

    研究課題/研究課題番号:16H06018  2016年4月 - 2019年3月

    川崎 猛史

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:9230000円 ( 直接経費:7100000円 、 間接経費:2130000円 )

    本研究では,柔らかいモデル粒子を用い,エマルションやコロイドなど想定した,熱揺らぎに駆動される「パッシブな粒子」や,細胞など自己駆動する粒子を想定した「アクティブな粒子」の高密度分散系における流動特性や振動特性を明らかにすることを目的として研究を進めた.その結果,パッシブな粒子系においては,複雑な非線形流動現象に対する粒子の柔らかさの重要性を明らかにした.さらには,周期剪断下にある柔らかい粒子を用いることにより新しいタイプの非平衡相転移を発見した.一方,アクティブな粒子系においては,粒子の柔らかさと自己駆動力との線形応答関係を利用することにより,固体の振動特性を抽出する新手法を開発した.
    高分子,エマルション,コロイド分散系をはじめとするソフトマターは,基礎科学のみならず,食品,医療,化粧品業界等にとっても重要である.従来研究では,熱揺らぎによるブラウン運動や,一様外場中における応答など,個体の自己駆動がない「パッシブな系」が用いられてきた.一方近年,細胞や生物の群れなど,自らエネルギーを生み出し自己駆動する「アクティブな系」も研究対象となっている.その両者において,個体は複雑な内部自由度を有しており,その変形が重要になるが,従来研究は粒子の変形や柔らかさを無視したものが殆どである.本研究では,いくつかの未解明問題における粒子の柔らかさの重要性を明らかにした.

  13. 変形の効果を考慮した粒子の分散系における流動特性

    2015年8月 - 2016年3月

    科学研究費補助金 

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    担当区分:研究代表者 

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担当経験のある科目 (本学) 9

  1. 物理学基礎Ⅰ(医学部・医学科1年生)

    2020

  2. 物理学演習4

    2020

  3. 応用物理学演習4a

    2020

  4. 物理学演習4(統計物理学3に対応)

    2016

  5. 物性生物物理学特別講義 (オムニバス講義 1回分)

    2016

  6. 統計物理学演習IV

    2016

  7. 物性生物物理学特別講義 (オムニバス講義 1回分)

    2015

  8. 統計物理学演習IV

    2015

  9. 物理学演習4(統計物理学3に対応)

    2015

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担当経験のある科目 (本学以外) 1

  1. Physics Tutorial 4 (for Statistical Phsiycs 3)

    Nagoya University)

 

社会貢献活動 5

  1. 新聞掲載:「第13回凝縮系科学賞受賞式 実験部門:水口氏 理論部門:川﨑氏」

    役割:情報提供

    科学新聞社  2018年12月

  2. 市民講演 あいちサイエンスフェスティバル 「過冷却液体の不思議」

    役割:出演, 講師

    豊橋地下資源館  名古屋大学出前授業 2018 in 豊橋  2018年11月

  3. 新聞掲載「過冷却水がドロドロの高粘度になる原因を解明」

    役割:情報提供

    科学新聞社  科学新聞 2面  2017年8月

  4. JST さくらサイエンスプラン・南京大学・学部生招聘プログラム

    役割:司会, 講師

    2017年3月

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    対象: 大学生

    種別:施設一般公開

  5. JST さくらサイエンスプラン・南京大学・学部生招聘プログラム

    役割:司会, 講師

    2017年3月

     詳細を見る

    対象: 大学生

    種別:施設一般公開

メディア報道 2

  1. 新聞掲載「科学への関心高めた2カ月 あいちサイエンスフェス/名大出前授業豊橋できょう「最終講義」マントルや温度による物質の変化に興味津々 新聞・雑誌

    東日新聞社  東日新聞  2018年11月

  2. 新聞掲載「氷点下でも凍らない水 どろどろの仕組み解明 阪大・名大」 新聞・雑誌

    日本経済新聞社  日本経済新聞(朝刊・科学欄)  2017年10月