Molecular Mechanism of Gyroid Formation by Small Mesogenic Molecules
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21H01046
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 13040:Biophysics, chemical physics and soft matter physics-related
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
齋藤 一弥 筑波大学, 数理物質系, 教授 (30195979)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山村 泰久 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (80303337)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2021: ¥9,230,000 (Direct Cost: ¥7,100,000、Indirect Cost: ¥2,130,000)
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| Keywords | 液晶 / 自己集合 / キラリティー / ネットワーク / ジャイロイド / 熱力学 / 古典スピンモデル / 分子論 |
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| Outline of Research at the Start |
分子間相互作用の直接的到達範囲を遙かに超えた長い周期性がなぜ形成されるかという問いに迫ることを究極的な目標とする．実施者らのこれまでの研究成果を背景に，低分子物質が作るジャイロイド液晶相と，それに隣接する層状液晶相において，分子コアだけで無くアルキル鎖部分を含めた液晶分子の充填様式の解析を進め．高分子・液晶などがしばしば示す高次構造であるジャイロイド構造の形成機構の分子論の構築を行う．
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| Outline of Annual Research Achievements |
ジャイロイド相および関連するキュービック相の構造解析：温度変化型液晶におけるジャイロイド構造形成のメカニズムを解明するために，分子構造に変化を加えた物質についての異なる温度における構造解析を実施し，分子凝集構造の変化を解明した．結果の一部については論文として公表した．ジャイロイド相に隣接するキラルなキュービック相の構造について長く興味が持たれていたが，構造解析の方法が見つからずにいた．こうした相では分子運動が激しく，構造の乱れも大きいが，こうした事実を積極的に利用した構造解析法が最近，提案された．そこで，提案者と協力して，この方法を拡張することによるキラル相の構造解析の試みを開始した（2022年度に結果を公表）．
層状液晶相における分子充填様式の解明：層に対し分子長軸が垂直な直交スメクチック液晶について，層間隔の鎖長依存性から推測された層秩序度の高低を，X線回折の結果から定量的に示す方法をほぼ確立し，結果のとりまとめに取りかかった．直交スメクチック液晶についての解析方法についてめどが立ったので，斜交スメクチック液晶についての実験を開始し，解析法の検討と構造モデルを模索している．故障した断熱型熱量計はほぼ修理が済み，二つの液晶性物質の測定を実施した．
平行・反平行配列を好まないスピンモデルの挙動：温度変化型液晶におけるジャイロイド相では，分子方向が連続的に回転していることがわかっているので，隣接スピンがねじれた配列を好む古典スピンモデルの挙動を調べている．3次元（立方格子）での挙動は既知であった．本年度は2次元三角格子上のモデルを計算機シミュレーションにより詳細に検討し，二次元系における古典スピンモデルでありながら相転移を起こすこと，しかし，形成される秩序が短距離秩序であることを明らかにした．この結果を公表するとともに，外場を印可した場合の様子を調べた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ジャイロイド相そのものの構造解析は対象物質のバラエティーを含めて順調に推移している．今後，さらに数報の論文としてまとめることができる予定である．また，ジャイロイド相に隣接するキラルなキュービック相の構造解析が実施できるので，ジャイロイド相の形成について新たな知見が得られる．
層状液晶相における分子凝集構造についてもとりまとめの段階にあり，今後，そうした構造的知見を踏まえた新しい現象の発見に取りかかることができる．
スピンモデルについては，配向（ネマチック）秩序とねじれ配列による秩序形成が分離して起き得ることが確立できた．
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| Strategy for Future Research Activity |
ジャイロイド相に隣接するキラルなキュービック相は温度変化型液晶に固有なので，その凝集構造とジャイロイド相のそれを注意深く比較すれば，ポリマーなどとは異なるジャイロイド構造形成を促す因子が浮かび上がる可能性がある．当初の計画通り斜交スメクチックの構造を通したジャイロイド構造形成のメカニズムの検討に加え，そこにも注目したい．
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Report
(1 results)
Research Products
(11 results)
