アクティブ‐マター【active matter】
アクティブマター
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2025/02/05 08:16 UTC 版)
アクティブマター（英：active matter）とは自発的に運動する多数の要素からなる集団のこと、あるいはそれを対象とする研究分野の名称である。
アクティブマターを構成する各要素は、エネルギーを消費して運動したり周囲に力を及ぼしたりする[1][2][3][4]。エネルギーの外部からの供給がなければ各要素はやがてエネルギーを消費しつくし自発的な運動ができなくなることから、アクティブマターは非平衡系である。アクティブマターの例のほとんどは生物であり、微小管やアクチンなどの自己組織化生体高分子（どちらも生体細胞の細胞骨格の一部）から、細菌や魚、鳥の群れまで、生物のあらゆるスケールに及んでいる。実験研究の多くは、人工の自己駆動粒子などの合成システム[5][6][7]や細菌などのミクロな系で行われている。アクティブマターは、生物物理学、ソフトマター物理学における比較的新しい物質の分類である。広く研究されているミクロ模型であるヴィチェックモデル[8]や連続体模型であるトナー・トゥモデル[9][10]は1995年ごろにさかのぼる。
アクティブマターは、解析計算、数値シミュレーション、実験を組み合わせて研究されている。実験の例は、生物集団（例：鳥の群れ[11]、哺乳類の群れ、魚の群れ、昆虫の群れ[12]）、細菌コロニー、細胞組織（例：上皮組織層[13]、癌の増殖と胚発生）、細胞骨格成分（例：in vitro運動性アッセイ、アクチン-ミオシンネットワーク、分子モーター駆動された繊維[14]）など、幅広いスケールに及ぶ。人工の自己駆動粒子に関する実験には、自己駆動コロイド[15][16]、外場駆動された粒状物質（例：加振粒子[17]）、ロボット集団、クインケローラーなどがある。
参考文献
- 西口 大貴、『アクティブマター物理学：集団運動の秩序とゆらぎ』https://doi.org/10.57393/natsugaku.1.0_304、2022年。
- 川口 喬吾、『アクティブマターとトポロジーと生命現象』https://doi.org/10.57393/natsugaku.2.0_259、2024年。
脚注
- ^ Ramaswamy, Sriram (2010-01-01). “The Mechanics and Statistics of Active Matter”. Annual Review of Condensed Matter Physics 1 (1): 323–345. arXiv:1004.1933. Bibcode: 2010ARCMP...1..323R. doi:10.1146/annurev-conmatphys-070909-104101.
- ^ Marchetti, M. C.; Joanny, J.F.; Ramaswamy, S.; Liverpool, T. B.; Prost, J.; Rao, M.; Adita Simha, R. (2012). “Hydrodynamics of soft active matter”. Reviews of Modern Physics 85 (3): 1143–1189. arXiv:1207.2929. Bibcode: 2013RvMP...85.1143M. doi:10.1103/RevModPhys.85.1143.
- ^ Bechinger, Clemens; Di Leonardo, Roberto; Löwen, Hartmut; Reichhardt, Charles; Volpe, Giorgio; Volpe, Giovanni (2016-11-23). “Active particles in complex and crowded environments”. Reviews of Modern Physics 88 (4): 045006. arXiv:1602.00081. Bibcode: 2016RvMP...88d5006B. doi:10.1103/RevModPhys.88.045006.
- ^ Bowick, Mark J.; Fakhri, Nikta; Marchetti, M. Cristina; Ramaswamy, Sriram (2022-02-11). “Symmetry, Thermodynamics, and Topology in Active Matter”. Physical Review X 12 (1): 010501. arXiv:2107.00724. doi:10.1103/PhysRevX.12.010501.
- ^ Howse, Jonathan R.; Jones, Richard A. L.; Ryan, Anthony J.; Gough, Tim; Vafabakhsh, Reza; Golestanian, Ramin (2007-07-27). “Self-Motile Colloidal Particles: From Directed Propulsion to Random Walk”. Physical Review Letters 99 (4): 048102. arXiv:0706.4406. Bibcode: 2007PhRvL..99d8102H. doi:10.1103/PhysRevLett.99.048102. PMID 17678409.
- ^ Bricard, Antoine; Caussin, Jean-Baptiste; Desreumaux, Nicolas; Dauchot, Olivier; Bartolo, Denis (6 November 2013). “Emergence of macroscopic directed motion in populations of motile colloids”. Nature 503 (7474): 95–98. arXiv:1311.2017. Bibcode: 2013Natur.503...95B. doi:10.1038/nature12673. PMID 24201282 3 May 2024閲覧。.
- ^ Theurkauff, I.; Cottin-Bizonne, C.; Palacci, J.; Ybert, C.; Bocquet, L. (26 June 2012). “Dynamic Clustering in Active Colloidal Suspensions with Chemical Signaling”. Physical Review Letters 108 (26): 268303. arXiv:1202.6264. Bibcode: 2012PhRvL.108z8303T. doi:10.1103/PhysRevLett.108.268303. PMID 23005020.
- ^ Vicsek, T.; Czirok, A.; Ben-Jacob, E.; Cohen, I.; Shochet, O. (1995). “Novel type of phase transition in a system of self-driven particles”. Physical Review Letters 75 (6): 1226–1229. arXiv:cond-mat/0611743. Bibcode: 1995PhRvL..75.1226V. doi:10.1103/PhysRevLett.75.1226. PMID 10060237.
- ^ Toner, John; Tu, Yuhai (1995-12-04). “Long-Range Order in a Two-Dimensional Dynamical $\mathrm{XY}$ Model: How Birds Fly Together”. Physical Review Letters 75 (23): 4326–4329. doi:10.1103/PhysRevLett.75.4326.
- ^ Toner, John; Tu, Yuhai (1998-10-01). “Flocks, herds, and schools: A quantitative theory of flocking”. Physical Review E 58 (4): 4828–4858. doi:10.1103/PhysRevE.58.4828.
- ^ Ballerini, M.; Cabibbo, N.; Candelier, R.; Cavagna, A.; Cisbani, E.; Giardina, I.; Lecomte, V.; Orlandi, A. et al. (2008-01-29). “Interaction ruling animal collective behavior depends on topological rather than metric distance: Evidence from a field study”. Proceedings of the National Academy of Sciences 105 (4): 1232–1237. arXiv:0709.1916. Bibcode: 2008PNAS..105.1232B. doi:10.1073/pnas.0711437105. ISSN 0027-8424. PMC 2234121. PMID 18227508.
- ^ Buhl, J.; Sumpter, D. J. T.; Couzin, I. D.; Hale, J. J.; Despland, E.; Miller, E. R.; Simpson, S. J. (2006-06-02). “From Disorder to Order in Marching Locusts”. Science 312 (5778): 1402–1406. Bibcode: 2006Sci...312.1402B. doi:10.1126/science.1125142. ISSN 0036-8075. PMID 16741126.
- ^ Trepat, Xavier; Wasserman, Michael R.; Angelini, Thomas E.; Millet, Emil; Weitz, David A.; Butler, James P.; Fredberg, Jeffrey J. (2009-06-01). “Physical forces during collective cell migration”. Nature Physics 5 (6): 426–430. Bibcode: 2009NatPh...5..426T. doi:10.1038/nphys1269. ISSN 1745-2473.
- ^ Keber, Felix C.; Loiseau, Etienne; Sanchez, Tim; DeCamp, Stephen J.; Giomi, Luca; Bowick, Mark J.; Marchetti, M. Cristina; Dogic, Zvonimir et al. (2014-09-05). “Topology and dynamics of active nematic vesicles”. Science 345 (6201): 1135–1139. arXiv:1409.1836. Bibcode: 2014Sci...345.1135K. doi:10.1126/science.1254784. ISSN 0036-8075. PMC 4401068. PMID 25190790.
- ^ Howse, Jonathan R.; Jones, Richard A. L.; Ryan, Anthony J.; Gough, Tim; Vafabakhsh, Reza; Golestanian, Ramin (2007-07-27). “Self-Motile Colloidal Particles: From Directed Propulsion to Random Walk”. Physical Review Letters 99 (4): 048102. arXiv:0706.4406. Bibcode: 2007PhRvL..99d8102H. doi:10.1103/PhysRevLett.99.048102. PMID 17678409.
- ^ Palacci, Jeremie; Sacanna, Stefano; Steinberg, Asher Preska; Pine, David J.; Chaikin, Paul M. (2013-02-22). “Living Crystals of Light-Activated Colloidal Surfers”. Science 339 (6122): 936–940. Bibcode: 2013Sci...339..936P. doi:10.1126/science.1230020. ISSN 0036-8075. PMID 23371555.
- ^ Deseigne, Julien; Dauchot, Olivier; Chaté, Hugues (2010-08-23). “Collective Motion of Vibrated Polar Disks”. Physical Review Letters 105 (9): 098001. arXiv:1004.1499. Bibcode: 2010PhRvL.105i8001D. doi:10.1103/PhysRevLett.105.098001. PMID 20868196.
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