2021/08/06 更新

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ナカムラ ユカ
中村 有花
NAKAMURA Yuka
所属
教育研究院 自然科学系 情報電子工学系列 助教
工学部 工学科 助教
職名
助教
外部リンク

学位

  • 博士(理学) ( 2015年9月   九州大学 )

研究キーワード

  • 非平衡

  • 拡散

  • 分子クラウディング

  • 溶媒和

  • 計算機シミュレーション

  • 特異摂動

  • 境界層

  • 液体

研究分野

  • ナノテク・材料 / 基礎物理化学

  • 自然科学一般 / 生物物理、化学物理、ソフトマターの物理

経歴

  • 新潟大学   工学部 工学科   助教

    2020年3月 - 現在

所属学協会

 

論文

  • Solvation effects on diffusion processes of a macromolecule: Accuracy required for radial distribution function to calculate diffusion coefficient 査読

    Yuka Nakamura, Akira Yoshimori, Ryo Akiyama

    JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS   ( 154 )   084501   2021年2月

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

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  • Dynamical scaling analysis on critical universality class for fully frustrated XY models in two dimensions 査読

    Yukiyasu Ozeki, Yuri Yajima, Yuka Nakamura

    PHYSICAL REVIEW B   101 ( 9 )   2020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  

    Critical properties of the fully frustrated XY models on square and triangular lattices are investigated by means of the nonequilibrium relaxation (NER) method. We examine the validity of the conclusion on the universality class of the chiral transition previously obtained by the NER method, in which that belongs to a non-Isingtype one. To clarify it, we analyze the NER of fluctuations for longer Monte Carlo steps on lager lattices than those performed previously. The calculation is made at the chiral transition temperatures estimated carefully by the use of recently improved dynamical scaling analysis. The result indicates that the asymptotic behavior of the time-dependent exponents, which should converge to the critical exponents, show the same tendency as those obtained previously in shorter times. We also apply the improved dynamical scaling analysis to the estimation of Kosterlitz-Thouless (KT) transitions and confirm the existence of the double transitions for the chiral and KT phases with more reliable estimations.

    DOI: 10.1103/PhysRevB.101.094437

    Web of Science

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  • Reduced density profile of small particles near a large particle: Results of an integral equation theory with an accurate bridge function and a Monte Carlo simulation 査読

    Yuka Nakamura, Shota Arai, Masahiro Kinoshita, Akira Yoshimori, Ryo Akiyama

    JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS   151 ( 4 )   2019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)   出版者・発行元:AMER INST PHYSICS  

    Solute-solvent reduced density profiles of hard-sphere fluids were calculated by using several integral equation theories for liquids. The traditional closures, Percus-Yevick (PY) and the hypernetted-chain (HNC) closures, as well as the theories with bridge functions, Verlet, Duh-Henderson, and Kinoshita (named MHNC), were used for the calculation. In this paper, a one-solute hard-sphere was immersed in a one-component hard-sphere solvent and various size ratios were examined. The profiles between the solute and solvent particles were compared with those calculated by Monte Carlo simulations. The profiles given by the integral equations with the bridge functions were much more accurate than those calculated by conventional integral equation theories, such as the Ornstein-Zernike (OZ) equation with the PY closure. The accuracy of the MHNC-OZ theory was maintained even when the particle size ratio of solute to solvent was 50. For example, the contact values were 5.7 (Monte Carlo), 5.6 (MHNC), 7.8 (HNC), and 4.5 (PY), and the first minimum values were 0.48 (Monte Carlo), 0.46 (MHNC), 0.54 (HNC), and 0.40 (PY) when the packing fraction of the hard-sphere solvent was 0.38 and the size ratio was 50. The asymptotic decay and the oscillation period for MHNC-OZ were also very accurate, although those given by the HNC-OZ theory were somewhat faster than those obtained by Monte Carlo simulations.

    DOI: 10.1063/1.5100040

    Web of Science

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  • Stick boundary condition at large hard sphere arising from effective attraction in binary hard-sphere mixtures 査読

    Yuka Nakamura, Akira Yoshimori, Ryo Akiyama, Tsuyoshi Yamaguchi

    JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS   148 ( 12 )   2018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 INST PHYSICS  

    We have studied the diffusion of a large hard-sphere solute immersed in binary hard-sphere mixtures. We reveal how the boundary condition at the solute surface is affected by the solvent density around the solute. Solving equations for a binary compressible mixture by perturbation expansions, we obtain the boundary condition depending on the size ratio of binary solvent spheres. When the size ratio is 1: 2, the boundary condition lies close to the slip boundary condition. By contrast, when the size ratio becomes large, the boundary condition approaches the stick boundary condition with the addition of larger solvent spheres. We find that the transition to the stick boundary condition is caused by the increase in the solvent density around the solute due to an entropic effect. Published by AIP Publishing.

    DOI: 10.1063/1.5025202

    Web of Science

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  • Effects of the solvation structure on diffusion of a large particle in a binary mixture studied by perturbation theory 査読

    Y. Nakamura, A. Yoshimori, R. Akiyama

    JOURNAL OF MOLECULAR LIQUIDS   200   85 - 88   2014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:ELSEVIER SCIENCE BV  

    We study the effects of the solvation structure on the diffusion of a large particle in a binary mixture. Using our recently developed perturbation theory, we calculate the diffusion coefficient of a large hard-sphere solute particle immersed in a binary solvent mixture of hard spheres with two different sizes. The calculation results show that the Stokes-Einstein (SE) relation breaks down in the hard-sphere system. When the size ratio of binary solvent spheres is three or more, the deviation from the SE relation increases with the packing fraction of larger solvent spheres. In contrast, at the size ratio of two, the diffusion coefficient approaches the value predicted by the SE relation as larger solvent spheres are added. We show that the large deviation from the SE relation is caused by the high density of larger solvent spheres around the solute sphere. (C) 2014 Elsevier B.V. All rights reserved.

    DOI: 10.1016/j.molliq.2014.06.021

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  • Perturbation Theory of Large-Particle Diffusion in a Binary Solvent Mixture 査読

    Yuka Nakamura, Akira Yoshimori, Ryo Akiyama

    JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN   83 ( 6 )   2014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)   出版者・発行元:PHYSICAL SOC JAPAN  

    We study the diffusion of a large spherical particle immersed in a binary compressive liquid mixture using a perturbation theory. We focus on the breakdown of the Stokes-Einstein (SE) relation caused by the microscopic solvation structure of binary solvent particles around a solute particle. In order to consider the solvation structure, we solve multicomponent generalized Langevin equations by singular perturbation expansion. Then, we assume that solvent particles are much smaller than the solute particle. Solving the equations, we express the diffusion coefficient analytically using the radial distribution functions of a binary mixture. The expression shows the breakdown of the SE relation if the density distribution of a binary solvent is inhomogeneous around a solute particle. Actually, we show that the SE relation breaks down when a large hard sphere diffuses in a binary hard-sphere mixture. We observe the large deviation from the SE relation, which is a result specific to the binary solvent.

    DOI: 10.7566/JPSJ.83.064601

    Web of Science

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  • A Perturbation Theory for Friction of a Large Particle Immersed in a Binary Solvent 査読

    Yuka Nakamura, Akira Yoshimori, Ryo Akiyama

    JOURNAL OF THE PHYSICAL SOCIETY OF JAPAN   81   2012年9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:PHYSICAL SOC JAPAN  

    A new theory of a binary solvent is developed to study the effects of the density of solvent particles around a large solute particle on friction. To develop the theory, the solvent particles are assumed to be much smaller than the solute particle, and then a perturbation expansion is employed. The expansion allows one to derive hydrodynamic equations with boundary conditions on the surface of a solute. The boundary conditions are calculated from the radial distribution functions of a binary solvent. The hydrodynamic equations with the boundary conditions provide an analytical expression for the friction. The developed theory is applied to a binary hard-sphere system. The present theory shows that the friction in the system has larger values than those predicted by the Stokes law.

    DOI: 10.1143/JPSJS.81SA.SA026

    Web of Science

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講演・口頭発表等

  • コロイド分散系の拡散におけるスティック境界条件の破れ

    中村有花, 吉森明, 秋山良

    日本物理学会2020年秋季大会  2020年9月 

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  • 溶媒多成分系における枯渇力と粘性の理論

    荒井翔太, 中村有花, 吉森明, 秋山良

    日本物理学会2020年秋季大会  2020年9月 

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  • 2成分溶媒系に溶質を溶かしたときの粘性に対する溶媒組成比の効果

    荒井翔太, 中村有花, 吉森明, 秋山良

    日本物理学会第75回年次大会  2020年3月 

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  • Event-chain法による非平衡緩和解析の有効性

    長田優馬, 尾関之康, 中村有花

    日本物理学会第75回年次大会  2020年3月 

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  • コロイド分散系での大きな粒子の拡散における摂動理論

    中村有花, 吉森明, 秋山良

    日本物理学会2019年秋季大会  2019年9月 

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  • 大きさの違う粒子からなる多成分系の粘性の理論

    荒井翔太, 中村有花, 吉森明, 秋山良

    日本物理学会2019年秋季大会  2019年9月 

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  • コロイド分散系における粒子の拡散に対する密度分布の効果

    中村有花, 吉森明, 秋山良

    日本物理学会第74回年次大会  2019年3月 

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  • Reduced density profile of small solvent particles near a large solute particle

    Yuka Nakamura, Shota Arai, Masahiro Kinoshita, Akira Yoshimori, Ryo Akiyama

    Joint Conference of EMLG/JMLG Meeting 2018  2018年11月 

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  • 剛体球系の動径分布関数から計算する大きな粒子の拡散係数

    中村有花, 吉森明, 秋山良, 荒井翔太, 木下正弘

    日本物理学会2018年秋季大会  2018年9月 

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  • 大きさの異なる粒子を含む剛体球系の動径分布関数

    中村有花, 荒井翔太, 吉森明, 秋山良, 木下正弘

    日本物理学会2018年秋季大会  2018年9月 

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  • Radial distribution functions for hard sphere fluid calculated by MC and integral equation theory with a bridge function

    Y. Nakamura, S. Arai, A. Yoshimori, M. Kinoshita, R. Akiyama

    The 12th Mini-Symposium on Liquids  2018年6月 

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  • Diffusion coefficient of a large particle calculated by radial distribution functions in hard-sphere systems

    Y. Nakamura, A. Yoshimori, S. Arai, M. Kinoshita, R. Akiyama

    The 12th Mini-Symposium on Liquids  2018年6月 

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  • 溶媒の密度分布で決まる粒子表面の境界条件

    中村有花, 吉森明, 秋山良, 山口毅

    日本物理学会第73回年次大会  2018年3月 

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  • Solvation Effects on Diffusion of Macromolecule

    Y. Nakamura, A. Yoshimori, R. Akiyama, T. Yamaguchi

    The 16th International Symposium on Advanced Technology  2017年11月 

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  • Stick boundary condition for large particle diffusion in binary hard-sphere mixtures

    中村有花, 吉森明, 秋山良, 山口毅, 徳永健

    The 11th Mini-Symposium on Liquids  2017年10月 

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  • Effects of solvation structure on a large-particle diffusion

    Y. Nakamura, A. Yoshimori, R. Akiyama, T. Yamaguchi

    Jülich Soft Matter Days  2014年11月 

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  • 拡散係数におけるストークス-アインシュタイン則の破れー溶質の大きさと溶媒の密度の効果ー

    中村有花, 吉森明, 秋山良

    日本物理学会2014年秋季大会  2014年9月 

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  • Effects of solvation structure on diffusion and breakdown of the Stokes-Einstein relation

    中村有花, 吉森明, 秋山良, 山口毅

    The 8th Mini-Symposium on Liquids  2014年7月 

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  • 溶媒の粒子性を考慮したときの溶質の拡散の理論

    中村有花, 吉森明, 秋山良

    日本物理学会第69回年次大会  2014年3月 

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  • Depletion effects on diffusion in a binary hard sphere mixture

    Y. Nakamura, A. Yoshimori, R. Akiyama

    Nagoya Symposium on Depletion Forces: Celebrating the 60th Anniversary of the Asakura-Oosawa Theory  2014年3月 

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  • 拡散係数における溶媒和の効果

    中村有花, 吉森明, 秋山良

    第119回日本物理学会支部例会  2013年11月 

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  • Perturbation theory of large particle diffusion in a binary solvent

    Y. Nakamura, A. Yoshimori, R. Akiyama, T. Yamaguchi

    33th International Conference on Solution Chemistry  2013年7月 

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  • Slip and Stick boundary conditions for diffusion coefficient and radial distribution function

    中村有花, 吉森明, 秋山良, 山口毅

    The 6th Mini-Symposium on Liquids  2013年6月 

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  • 大きな粒子の拡散における摂動理論−摂動を使わない理論のとの比較-

    中村有花, 吉森明, 秋山良

    日本物理学会第68回年次大会  2013年3月 

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  • Perturbation theory of large particle diffusion in a binary solvent

    Y. Nakamura, A. Yoshimori, R. Akiyama

    Berkeley 2013 Mini Statistical Mechanics Meeting  2013年1月 

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  • 大きな粒子の拡散における摂動理論−摂動を使わない理論のとの比較-

    中村有花, 吉森明, 秋山良

    第26回分子シミュレーション討論会  2012年11月 

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  • 拡散係数における枯渇効果

    中村有花, 吉森明, 秋山良

    第2回ソフトマター研究会  2012年9月 

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  • 拡散係数における Slip、Stick 条件と動径分布関数

    中村有花, 吉森明, 秋山良

    日本物理学会2012年秋季大会  2012年9月 

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  • 大きな粒子の拡散に対する新しい理論~他の理論との比較~

    稲吉裕子, 中村有花, 吉森明, 秋山良

    日本物理学会第67回年次大会  2012年3月 

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  • 溶液中での巨大粒子の並進運動に対する共溶媒の効果

    中村有花, 稲吉裕子, 吉森明, 秋山良

    日本物理学会第67回年次大会  2012年3月 

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  • 大きな粒子の拡散~溶媒 2 成分系の理論~

    中村有花, 吉森明, 秋山良

    第117回日本物理学会九州支部例会  2011年12月 

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  • A perturbation theory for friction of a large particle immersed in a binary solvent

    Y. Nakamura, A. Yoshimori, R. Akiyama

    The 7th Congress of the International Society for Theoretical Chemical Physics  2011年9月 

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  • 大きな粒子が 2 成分溶媒系から受ける抵抗の理論とその応用

    中村有花, 吉森明, 秋山良

    日本物理学会2011年秋季大会  2011年9月 

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  • A perturbation theory for friction of a large particle immersed in a binary solvent

    Y. Nakamura, A. Yoshimori, R. Akiyama

    8th Liquid Matter Conference  2011年9月 

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  • Co-solvent effects on friction of a macromolecule immersed in a solution

    中村有花, 吉森明, 秋山良

    Workshop on Hydration and ATP Energy 2011 第2回全体会議  2011年8月 

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  • A perturbation theory for friction of a large particle immersed in a binary solvent

    Y. Nakamura, A. Yoshimori, R. Akiyama

    The 5th International Mini-Symposium on Liquids  2011年6月 

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  • 溶液中での巨大粒子の並進運動に対する共溶媒の効果

    中村有花, 吉森明, 秋山良

    第14回理論化学討論会  2011年5月 

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  • 大きな粒子が多成分溶媒系から受ける抵抗の理論

    中村有花, 吉森明, 秋山良

    日本物理学会第66回年次大会  2011年3月 

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受賞

  • Nature Physics Poster Prize (Jülich Soft Matter Days 2014)

    2014年11月  

    Yuka Nakamura

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  • Fujitsu Poster Prize (The 7th Congress of the International Society for Theoretical Chemical Physics)

    2011年9月  

    Yuka Nakamura

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共同研究・競争的資金等の研究

  • 多成分溶媒中での大きな粒子の拡散

    研究課題/領域番号:13J04159  2013年4月 - 2015年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 特別研究員奨励費  特別研究員奨励費

    中村 有花

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    配分額:2000000円 ( 直接経費:2000000円 )

    溶質周りに溶媒粒子がつくる密度分布が溶質の拡散にどう影響するかを理論的に明らかにするために、本年度は次の3点に取り組んだ。
    1つめは前年度に定式化した摂動理論の検証で、拡散係数の計算結果を分子シミュレーションによる計算値と比較した。溶質が溶媒の8倍の大きさのとき誤差5パーセントで、溶質が大きくなるにつれて精度よく計算できることを明らかにした。摂動理論は、これまでの理論と違い有限サイズ効果なしに簡単に拡散係数を計算できるため、非常に有効な理論であることを示した。
    2つめは摂動理論の1成分溶媒剛体球系に応用で、溶媒の密度が高いときに 流体力学のStokes-Einstein(SE) 則が破れることを明らかにした。溶媒密度を上げるにつれ SE則の破れは大きくなり、拡散係数は SE 則より小さい値をとる。SE則は溶媒の密度分布の効果を考慮していないため、SE則の破れは密度分布の効果と言える。また、動径分布関数を用いた考察によって、溶質表面の溶媒密度が高くなることが、SE 則の破れの大きさと強い相関があることが分かった。この研究によって、溶媒の密度が高くなるほど溶媒の密度分布の影響が大きいことが明らかになった。
    3つめは速度場の解析であり、溶質表面の高密度によって溶質表面で溶媒速度が遅くなることが、SE則の破れの原因であることを明らかにした。溶質表面で溶媒の速度が急激に変化することで、溶質にかかる摩擦が大きくなり拡散係数が小さくなる。前年度に行った剛体球2成分溶媒系の計算においてもSE則の破れはみられている。この破れについても溶質表面で溶媒の速度が小さくなることが原因であることを明らかにした。この結果は、実験系において見られているSE則の破れの解釈にもつながると考えられる。

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担当経験のある授業科目

  • 総合技術科学演習

    2021年
    -
    現在
    機関名:新潟大学

  • 卒業研究II

    2021年
    -
    現在
    機関名:新潟大学

  • 卒業研究I

    2021年
    -
    現在
    機関名:新潟大学

  • 機械システム論

    2021年
    -
    現在
    機関名:新潟大学

  • 物理学基礎BI

    2021年
    -
    現在
    機関名:新潟大学

  • 機能生理学

    2021年
    -
    現在
    機関名:新潟大学

  • 液体物理学特論

    2021年
    -
    現在
    機関名:新潟大学

  • 研究課題調査I

    2021年
    -
    現在
    機関名:新潟大学

  • 研究課題調査II

    2021年
    -
    現在
    機関名:新潟大学

  • リメディアル演習

    2020年
    -
    現在
    機関名:新潟大学

  • 人間支援感性科学実験IV

    2020年
    -
    現在
    機関名:新潟大学

  • 卒業研修II

    2020年
    -
    現在
    機関名:新潟大学

  • 卒業研修I

    2020年
    -
    現在
    機関名:新潟大学

  • 工学リテラシー入門(融合領域分野)

    2020年
    -
    現在
    機関名:新潟大学

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