応用物理学セミナー

第１０回応用物理学セミナー 2023年3月9日（木）16:30-18:00
講演者　 園田 翔　氏（理化学研究所 革新知能統合研究センター）
「積分表現でニューラルネットを理解する」

概要： 今日のAI技術において汎用的に用いられているニューラルネットは， 無数のニューロンを並列・縦列に接続した構造をもつ非線形関数である． ニューラルネットが表す関数の性質を調べるには，ニューロン毎のパラメータを調べるよりも， ニューロン集団の分布を調べる方が扱いやすい． 積分表現理論は，一つの隠れ層を構成するニューロン集団を符号付き分布としてパラメトライズする解析理論である． この方法の強みは，ニューラルネットが表す関数fを分布関数γに対応付ける分解作用素（リッジレット変換） が積分作用素として陽に書き下せることである． リッジレット変換は1990年代にEuclid空間上の全結合層に対してMurata, Candes, Rubin によって独立に発見されていたが， 今日の多様なネットワーク構造に対するリッジレット変換は未発見であった． 講演者らの最近の研究により，多様体（非コンパクト対称空間）上の全結合層や， 抽象ベクトル空間上の群畳み込み層に対してリッジレット変換を系統的に導出できるようになった． 本講演では，ニューラルネットと積分表現理論の概要を説明し，リッジレット変換の自然な導出法について解説する．
場所: 岐阜大学工学部４１番教室

第９回応用物理学セミナー 9月19日（木）13:00 - 14:30
講演者　 大野かおる　氏（横浜国立大学大学院工学研究院）
「拡張準粒子理論とその応用について」

概要：　
第一原理計算で広く用いられている密度汎関数理論は、基底状態理論であり、 電子励起状態を扱うことができない。一方、物質から電子を1個抜き去るのに必 要なエネルギーは光電子スペクトルをなすが、この物質は中性の基底状態でな くても、任意のM電子系の励起固有状態であってもよい。電子を1個付け加える 場合も同様である。これらのスペクトルは理論的には準粒子スペクトルと呼ば れ、多体摂動論のグリーン関数法で扱うことができる。我々は、この準粒子理論 を任意のM電子系の電子励起固有状態の場合に拡張することに成功した[1]。こ の理論を分かりやすく紹介するとともに、それを用いて、電子励起ダイナミクス 計算やX線放出スペクトル（XES）計算などを行った例を紹介する。
[1] Kaoru Ohno, Shota Ono, and Tomoharu Isobe, J. Chem. Phys. 146, 084108 (2017).
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場所:
岐阜大学工学部 41番教室

第８回応用物理学セミナー 2019年4月10日（水）13:30 - 14:30
講演者　 Dr. Kennedy O. Okeyo (Institute for Frontier Life and Medical Sciences, Kyoto University)
「Tissue engineering by modulating the cell adhesion microenvironment」

概要：　
Cells have the property to adhere to each other as well as to the substrate, enabling them to self-organize in vitro into structurally ordered 2D and 3D tissues. This property can be utilized to fabricate biomaterials such as cell sheets with potential applications in regenerative medicine, disease modeling and drug screening. In this talk, a unique micromesh culture approach will be introduced in which cell-substrate adhesion is minimized using suspended microstructured mesh substrates to induce cells to self-organize into cell sheets and even 3D tissues. The mechanics of cell sheet formation under this culture approach, including cell orientation control by mesh shape design, and extended application to realize organ/tissue models for drug screening and disease modeling will be highlighted. Overall, the talk will demonstrate the potential of our micromesh culture technique to uniquely achieve tissue engineering by modulating the cell adhesion microenvironment.
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場所:
岐阜大学工学部 11番教室

第７回応用物理学セミナー 2019年1月31日(木)16:00 - 17:30
講演者　 横山 直人 氏（大阪大学大学院基礎工学研究科）
「海洋内部の波動乱流」

概要：　
密度成層した海洋内部の深層から表層に至るまで，浮力を復元力とする内部重力波が存在する． また，その水平波長は数mから数百km，鉛直波長は数mから数kmまでと非常に広帯域に渡っている． 潮汐流や海底地形などによって励起された内部波は，内部波間の非線形相互作用によって， 大スケールから小スケールへとエネルギーが輸送される． 小スケールの内部波は砕波によって渦となり，粘性によってそのエネルギーが散逸される． 弱非線形性の仮定に基づき，共鳴関係を満足する相互作用のみがエネルギー輸送に有効とする弱乱流理論を用いると， 海洋で観測される多様な内部波のエネルギースペクトルを定性的に説明することができる． 本セミナーでは，海洋内部重力波における弱乱流理論を解説する． また，必ずしも弱非線形でない波動乱流の例として，内部波から渦へのエネルギー輸送に関する最近の話題を紹介する．
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場所:
岐阜大学工学部 14番教室

第６回応用物理学セミナー 2018年6月29日(金)16:30 - 18:00
講演者　 深川 宏樹 氏（九州大学大学院工学研究院機械工学部門）
「変分原理を用いた連続体の運動方程式の導出と, 大規模数値計算の実装について」

概要：　
物理法則の中には「ある汎関数に停留値を与える現象が起こる」と言い表せるも のがあり, これらの総称を変分原理と呼ぶ. 良く知られた例は解析力学でのハミ ルトンの原理であり, 散逸のない系の運動方程式は作用汎関数に対する停留値問 題を解くことで求まる. 我々は, この定式化が「評価汎関数に停留値を与える最 適制御を求める」という最適制御理論の枠組みの中にあることを見出した. 物理 系を制御入力のある力学系(制御系)とみなし, 作用汎関数を評価汎関数とみなせ ば, 最適制御理論はハミルトンの原理の自然な拡張となる. この枠組は容易に拡 張でき, 散逸系にも使える. 散逸系でのエントロピーと他の物理量との関係は微 分一形式で与えられ, 積分不可能である. 制御理論では, このような依存関係を 非ホロノミック拘束条件と呼び, 非ホロノミック拘束のある系を非ホロノミック 系と呼ぶ. 我々は, 非ホロノミック系の最適制御問題を定式化し, これを散逸系 に適用することで, 散逸系の変分原理を提案した.
我々は, この変分原理から導出される運動方程式を用いて, 大規模流体構造連成 解析ソルバーを作った. 変分原理の利点は任意の座標系での運動方程式の導出が しやすいことにある. リーマン多様体上での連続体の運動方程式を変分原理から 導出し, これを離散化することで完全陽解法によるソルバーを開発した. 更に, このソルバーをスパコン上で動かすことで1600億自由度の流体軸受の大規模解析 を行った.
本講演では, 変分原理の基礎的なところからソルバーへの開発までを説明する.

参考文献: 深川宏樹 散逸系の変分原理 日本物理学会誌 Vol. 72, No. 1, 2017, p34.
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場所:
岐阜大学工学部 14番教室

第５回応用物理学セミナー 2018年5月18日(金)16:30 - 18:00
講演者　 三浦 峻 氏（九州大学大学院システム情報科学研究院）
「希土類系高温超伝導線材の高性能化とその応用」

概要：　
超伝導体の最大の特長は，電気抵抗ゼロと高い電流密度性にあります。その特長に より、大電流の無損失送電や電力・電気機器の大幅の高効率化および軽量・コンパク ト化が実現されます。特に、希土類系高温超伝導体(REBa2Cu3Oy, RE = rare earth)は -196℃の液体窒素温度域においても超伝導特性を示し、低コストで信頼性の高い超伝 導応用の新しい領域を切り開く可能性を秘めています。しかし、セラミックスである REBCO超伝導体を実用線材とするには、これまで多くの困難がありました。無配向 金属上に配向中間層を作製できるイオンビームアシスト蒸着法や、電流密度を飛躍的 に向上させるBaZrO3人工ピンニングセンターの発見といったブレークスルーがあり、 ようやく応用段階に移りつつあります。私は修士の時から一貫して、REBCO超伝導 線材の高性能化とその応用に関する研究を行ってきました。特に結晶成長を利用した 人工ピンニングセンターの形状制御による超伝導特性の向上とその機構解明に取り 組んできたので、その内容を中心に講演します。また超伝導回転機をはじめとする REBCO線材の応用についても紹介します。
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場所:
岐阜大学工学部 12番教室

第４回応用物理学セミナー 2018年4月20日(金)14:45 - 16:15
講演者　 乙部 智仁 氏（QST関西光科学研究所　超高速光物性研究グループ）
「第一原理計算から探るレーザー場中にある物質の超高速非摂動現象」

概要：　
近年のレーザー技術の発展により 1 V/Åを超える電場を 5fs 以下（1 fs=10-15 s）の時間だけ物質に与える事が可能になっている。 1 V/Åというのは物質中で電子が感じるクーロン場と同程度の電場であり、 5fs 以下はエネルギー緩和や衝突過程が起きるより早い時間スケールである。 21世紀に入ると高強度極短パルスレーザーを原子・分子に照射することでアト秒（1 as= 10-18 s） 領域のコヒーレントパルス光を発生させることも可能となっている。 アト秒は電子運動の時間スケールであり、アト秒パルス光とは電子ダイナミクスの観測・制御に繋がる技術である。 アト秒パルスで電子ダイナミクスを見るには分光及び光電子分光を用いた実験になるが、 そのための理論・シミュレーション技術は未だ未完成な部分が多い。 特に高強度レーザーによって駆動された物質は非摂動な振る舞いをするため非常に高精度な計算も必要となってくる。 講演者はこれまでに時間依存密度汎関数理論（TD-DFT）の実時間計算手法の開発及び利用研究を進めてきた。 TD-DFTとはバンド計算や量子化学計算に用いられる密度汎関数理論（DFT）を時間変化する系に拡張した理論である。 TD-DFTの基礎方程式である時間依存Kohn-Sham（TD-KS）方程式を実時間で解く事で電子の非線形ダイナミクスを原子位置とレーザ ーパラメータのみから予測する事が可能となる。 更に最近ではTD-KS方程式と電磁場を記述するMaxwell方程式を融合した多階層シミュレーション手法を開発し、 電子ダイナミクスが電磁場に与える影響やマクロな電子励起状態分布の記述も可能とした。 本講演では上記計算手法により得られたアト秒分光理論やレーザー加工の初期過程に対する新たな知見について紹介し、 超高速非摂動現象という新たな研究領域の可能性について議論する。
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場所:
岐阜大学工学部 A４２０番教室

第３回応用物理学セミナー 2018年1月31日(水)15:00 - 16:30
講演者　 馬場 基彰 氏（大阪大学 未来戦略機構第三部門）
「超伝導回路を設計して"超放射"相転移を起こす」

概要：　
光は様々な物理現象に顔を出し，地球上や宇宙にある物体の観測に用いられるだけでなく，通信やディスプレイ， 太陽光発電など，われわれの日常に密着した存在である． その光を相転移させる試みが１９７０年前後から行われている． 相転移とは，例えば，水を冷やすことで氷になるなど，温度によって物質の状態が変化することである． しかしながら，光つまり電磁場の相転移は未だ観測された試しがない． 一方，近年，量子コンピュータ開発の発展に伴い，超伝導回路を流れる電流を光に見立てた，回路量子電磁力学が盛んに研究されている． 本セミナーでは，超伝導回路を適切に設計することで，光に見立てた超伝導電流を相転移させられること， またそれによって期待される応用について解説する． また，より一般に，光と物質とが非常に強く相互作用する際の物理現象とその応用について解説する．
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場所:
岐阜大学工学部 14番教室

第２回 2017年9月26日(火)16:30 - 18:00
講演者　 三浦 浩治 氏（愛知教育大学 自然科学系）
「エネルギー散逸と摩擦の制御」

概要：　
摩擦の制御に関する研究は、環境・エネルギー問題から医療技術まで幅広い分野と密接にかかわっているため、 重要で緊急性の高い社会的課題である。 身近な摩擦現象を理解することや、新しい摩擦現象を見つけるためには、 マクロな視点での研究だけではなく原子や分子スケールからのアプローチが有効であることがこれまでの表面科学の研究からわかってきた。 一方、摩擦現象は摺動部からエネルギーが散逸していく過程であるので、 摩擦をいかに制御するかはエネルギー散逸の観点からのアプローチがより有効と考えられる。 本セミナーでは、我々が行ってきた摩擦の制御とエネルギー散逸に関する研究を紹介する。
ポスターはこちらからダウンロードできます（三浦_2017_9.pdf）
場所:
岐阜大学工学部 41番教室

第１回 2017年7月19日(水)12:30 - 13:30
講演者　 Professor Winfried Teizer （WPI Advanced Institute for Materials Research, Tohoku University, Japan Department of Physics and Astronomy and Department of Materials Science and Engineering, Texas A&M University, USA）
「Molecular Motors - A Different Kind of Transport」

概要：　
　　 Nature has generated sophisticated and complex molecular motors, employed for nanoscale transport at the intracellular level. As a complementary tool to nanofluidics, these motors have been envisioned for nanotechnological devices. In order to pave the way for such applications, a thorough understanding of the mechanisms governing these motors is needed. Because of the complexity of their in-vivo functions, this understanding is best acquired in-vitro, where functional parameters can independently be controlled. I will report on work that studies and harnesses the transport properties of molecular motors on functionalized structures of reduced dimensionality, such as carbon nanotubes, lithographically designed electrodes, microwires and loops. In addition, I will show recent results that demonstrate the use of molecular motors in investigating neurodegenerative diseases and the dynamics of cluster formation in active elements.
ポスターはこちらからダウンロードできます（Teizer Abstract_2017_6.pdf）
場所:
岐阜大学工学部 14番教室