研究項目

古典系および量子系に対して、非平衡ゆらぎの新しい普遍性を発見・確立するとともに、多彩な物質群が示す現象をゆらぎと構造の普遍法則にもとづいて理解する。例えば、固体量子素子における電流ゆらぎ、コロイド多体系やソフトマター界面におけるミクロ・マクロゆらぎ、さらに班をまたがり、バルク系でゆらぎが顕著に表れる液晶の配向ゆらぎ、バイオマターの自発ゆらぎなどがその典型的な対象となる。また、非平衡関係式の連続系への拡張や情報のやりとりを含む非平衡熱力学の定式化を発展させ、液晶ゆらぎなどの連続場や、非平衡界面ゆらぎの理論と実験、微小系の制御実験との定量的な比較を行う。さらに、ガラス系の特異な振る舞いを、隠れた構造によって引き起こされる極端に遅いゆらぎのダイナミクスとして捉え、他の系にも適用できるアイデアを提出する。

冷却原子気体や液晶、エマルション、反応拡散系など連続場として表わすことが可能な物理系における非平衡構造のダイナミクスとミクロ・マクロのゆらぎの観測・理論から、オーダーパラメータのある系に特徴的なゆらぎと構造の法則に迫る。例えば、界面ダイナミクスや渦構造が支配する動的秩序は、冷却原子系、液晶、反応拡散系などに共通して出現し、保存量の有無やオーダーパラメータの性質などを指定することで、横断的かつ統一的に捉えることが可能である。ソフトマターの非平衡ゆらぎと応答関数を測定する新規装置を開発し、非平衡ゆらぎの測定手法の確立を目指す。また、微小空間での非平衡構造を探求し、原子間相互作用にまで及ぶ高精度の制御とその効果を明らかにし、ゆらぎと非平衡構造の相互作用が細胞の機能として現われるメカニズムを解明する。

ソフトマター分子集合体におけるゆらぎと、生体高分子や脂質2分子膜等のメソ構造などとの協奏から生じる現象に焦点を当てて、時空間秩序形成がマクロなゆらぎや自己駆動、自己生産、自己複製などの機能へと転化するメカニズムを、実験と理論の両面から明らかにする。具体的には、上記のような生命現象が示す特質を物理モデルから細胞モデルまでを含む階層的な実験手法で構築するとともに、化学反応や相転移を脂質ベシクル構造の変化と結合させ、自己生産や自己駆動等の機能を生じる人工細胞モデルの実現を目指す。また、細胞の力学特性を細胞内での自発ゆらぎとその力学応答の関係から解明する研究などを推進する。このように、空間構造の対称性の破れや時間的な対称性の破れが、人工細胞モデル系に並進運動や自発変形運動、分裂などをもたらすメカニズムをA02班メンバー等との協力の下に明らかにするとともに、膜の非平衡メソ構造の新奇なダイナミクスの解明を通して、新しい理論的枠組みの構築を目ざす。