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研究者総覧「情報知」

複雑系科学専攻

氏 名
泉田 勇輝(いずみだ ゆうき)
講座等
多自由度システム情報論講座
職 名
助教
学 位
博士(理学)
研究分野
非平衡統計力学 / 熱力学基礎論 / 非線形動力学
泉田 勇輝

研究内容

非平衡・非線形動力学系における普遍エネルギー変換則の研究

非平衡系における熱・統計力学及び熱力学基礎論などを研究しています。特に工学的な視点と基礎物理学的な視点が交差するような現象に興味があります。これまで主に「熱機関における熱の流れが仕事率に変換される際の効率に対する普遍的な制約は何か」といった問いを研究してきました。蒸気機関の発明は産業革命を牽引し、カルノーによる熱機関の最大効率の発見とその後の熱力学の発展に道を拓きました。一方、その最大効率を与える熱機関であるカルノーサイクルは仕事率がゼロとなる理想極限(準静的極限)で定義されます。現実の系は有限の仕事率を出力する非平衡系であり、その法則性を理解することはエンジンの性能向上という実用的な観点からも基礎物理学観点からも重要な問題です。このような問題意識のもと、以前より予測されていた熱機関の最大仕事率時の効率における普遍的な上限値の有限時間カルノーサイクルによる初の計算機実験による実証や非平衡系熱力学によるその限界を達成するメカニズムの解明などをこれまで行ってきました。こうした成果や考え方は実際の熱機関や熱デバイスへの応用に留まらず、広く生物物理学や機械工学、ナノテクノロジーなどにも関わりうると考えられます。

より最近には、複雑な生命現象への応用を念頭に、非線形動力学系(結合振動子系)を記述する高次位相元方程式の自由度の数を減らして本質的自由度を抽出する新しい粗視化理論の提案や、同期/非同期状態におけるエネルギー論的な側面を理解するために非平衡熱力学と非線形動力学の融合的な研究(同期のエネルギー論)も進めています。

経歴

  • 2011年3月 北海道大学大学院理学院量子理学専攻博士後期課程修了(博士(理学))
  • 2010年4月 日本学術振興会特別研究員(DC2)(北海道大学)
  • 2011年4月 日本学術振興会特別研究員(PD)(東京大学)
  • 2012年5月 東京大学大学院理学系研究科物理学専攻特任研究員
  • 2012年7月 お茶の水女子大学シミュレーション科学教育研究センター特任研究員
  • 2013年4月 日本学術振興会特別研究員(PD)(お茶の水女子大学)
  • 2015年4月 名古屋大学大学院情報科学研究科助教

所属学会

  • 日本物理学会

主要論文・著書

  1. Y. Izumida and K. Okuda, “Molecular kinetic analysis of a finite-time Carnot cycle”, EPL 83, 60003 (2008)
  2. Y. Izumida and K. Okuda, “Onsager coefficients of a finite-time Carnot cycle”, Phys. Rev. E 80, 021121 (2009)
  3. Y. Izumida and K. Okuda, “Work Output and Efficiency at Maximum Power of Linear Irreversible Heat Engines Operating with a Finite-Sized Heat Source”, Phys. Rev. Lett. 112, 180603 (2014)