液晶系の3次元秩序構造に関する連続体シミュレーションによる研究

• Project Area: Creation of non-equilibrium soft matter physics: Structure and dynamics of mesoscopic systems
• Project/Area Number: 21015028
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 福田 順一 独立行政法人産業技術総合研究所, ナノシステム研究部門, 主任研究員 (90392654)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥3,800,000 (Direct Cost: ¥3,800,000); Fiscal Year 2010: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000); Fiscal Year 2009: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
• Keywords: 液晶 / コレステリックブルー相 / キラリティ / 連続体シミュレーション / 位相欠陥 / 液晶セル / スカーミオン / 高分子安定化ブルー相 / 電場 / 液晶コロイド

Research Abstract

1.前年度に引き続き,バルクでコレステリックブルー相を示す強いキラリティを有する液晶を薄いセルに閉じ込めた場合に,どのような秩序構造を示すかについて,連続体シミュレーションを用いた研究を行った.温度,セルの厚さ,およびセル表面のアンカリングの条件に応じて,液晶中の位相欠陥が様々な空間構造をとることを明らかにした.特筆すべきは,素粒子,あるいは凝縮系の分野で注目を集めているスカーミオン構造による格子が薄い液晶セル中でも形成しうることを示したこと,および環状の欠陥による規則格子が形成することを明らかにしたことである.それらの構造の多くは液晶の分野ではこれまで議論されたことのないものであり,液晶はこれまで知られているよりはるかに豊かな秩序構造を示しうることを明らかにしたと言える.
2.バルクのコレステリックブルー相に電場を印加した際の位相欠陥のダイナミクスを詳しく調べた結果,チャージが-1/2の線欠陥が+1/2に連続的に構造転移することが明らかになった.このような転移がトポロジー的に可能であることは知られていたが,実際にどうすれば実現できるかについての議論は初めてのものである.
3.高分子を導入するとコレステリックブルー相の安定性が著しく増大する(相が安定な温度範囲が広がる)ことが知られている(高分子安定化ブルー相).高分子を導入したコレステリックブルー相の温度,高分手の体積分率に関する相図を計算することにより,この事実に対する「欠陥が高分子に置き換わることによるエネルギー利得が安定性の起源である」という仮説の正当性を,定量的に初めて明らかにした.

Research Products

• [Journal Article] Quasi two-dimensional Skyrmion lattices in a chiral nematic liquid crystal (2011)
  • Author(s): Jun-ichi Fukuda, Slobodan Zumer
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 2
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ring defects in a strongly confined chiral liquid crystal (2011)
  • Author(s): Jun-ichi Fukuda, Slobodan Zumer
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 106
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Interaction of Spherical Colloidal Particles in Nematic Media with Degenerate Planar Anchoring (2011)
  • Author(s): M.-R.Mozaffari, M.Babadi, J.Fukuda, M.R.Ejtehadi
  • Journal Title: Soft Matter Volume: 7 Pages: 1107-1113
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Stabilization of a blue phase by a guest component : An approach based on a Landau-de Gennes theory (2010)
  • Author(s): Jun-ichi Fukuda
  • Journal Title: Physical Review E Volume: 82
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cholesteric Blue Phases : Effect of Strong Confinement (2010)
  • Author(s): Jun-ichi Fukuda, Slobodan Zumer
  • Journal Title: Liquid Crystals Volume: 37 Pages: 875-882
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Continuous transformation of a -1/2 wedge disclination to a +1/2 one (2010)
  • Author(s): Jun-ichi Fukuda
  • Journal Title: Physical Review E Volume: 81
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 液晶を分散媒としたコロイド系-液晶の変形が媒介する粒子間相互作用- (2010)
  • Author(s): 福田順一
  • Journal Title: 物性研究 Volume: 94 Pages: 170-201
  • NAID: 110007609738
• [Journal Article] Novel defect structures in a strongly confined liquid crystalline blue phase (2010)
  • Author(s): J.Fukuda, S.Zumer
  • Journal Title: Physical Review Letters 104
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Arrangement dependence of interparticle force in nematic colloids (2010)
  • Author(s): T.Kishita, K.Takahashi, M.Ichikawa, J.Fukuda, Y.Kimura
  • Journal Title: Physical Review E 181
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Critical reexamination of Berreman's theory on surface anchoring (2010)
  • Author(s): J.Fukuda, M.Yoneya, H.Yokoyama
  • Journal Title: Molecular Crystals and Liquid Crystals 516 Pages: 12-25
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Simulation of cholesteric blue phases using a Landau-de Gennes theory : Effect of an applied electric field (2009)
  • Author(s): J.Fukuda, M.Yoneya, H.Yokoyama
  • Journal Title: Physical Review E 80
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Confinement effect on the interaction between colloidal particles in a nematic liquid crystal : an analytical study (2009)
  • Author(s): J.Fukuda, S.Zumer
  • Journal Title: Physical Review E 79
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Liquid Crystal Colloids : A Novel Composite Material Based on Liquid Crystals (2009)
  • Author(s): J.Fukuda
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan 78
  • NAID: 10025958359
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Simulation Study of Cholesteric Blue Phases under an Electric Field (2009)
  • Author(s): J.Fukuda, M.Yoneya, H.Yokoyama
  • Journal Title: Proceedings of the 16th International Display Workshop 2 Pages: 627-630
• [Presentation] Modeling Cholesteric Colloids : High Chirality & Strong Confinement (2011)
  • Author(s): Slobodan Zumer, Jun-ichi Fukuda, Miha Ravnik
  • Organizer: European Conference on Liquid Crystals 2011
  • Place of Presentation: スロベニア,マリボル(招待講演)
  • Year and Date: 2011-02-08
• [Presentation] Effect of strong confinement on defect structures of cholesteric blue phases (2011)
  • Author(s): Jun-ichi Fukuda, Slobodan Zumer
  • Organizer: European Conference on Liquid Crystals 2011
  • Place of Presentation: スロベニア,マリボル
  • Year and Date: 2011-02-07
• [Presentation] コレステリックブルー相における位相欠陥の連続的な転移 (2010)
  • Author(s): 福田順一
  • Organizer: 日本物理学会 2010年秋季大会
  • Place of Presentation: 大阪府立大学中百舌鳥キャンパス
  • Year and Date: 2010-09-24
• [Presentation] ゲスト成分を導入することによるコレステリックブルー相の安定化 (2010)
  • Author(s): 福田順一
  • Organizer: 日本物理学会 2010年秋季大会
  • Place of Presentation: 大阪府立大学中百舌鳥キャンパス
  • Year and Date: 2010-09-24
• [Presentation] 強く閉じ込められたコレステリックブルー相における新規な欠陥構造 (2010)
  • Author(s): 福田順一, Slobodan Zumer
  • Organizer: 2010年日本液晶学会討論会
  • Place of Presentation: 九州大学医学部百年講堂
  • Year and Date: 2010-09-07
• [Presentation] コレステリックブルー相における欠陥の連続的な転移 (2010)
  • Author(s): 福田順一
  • Organizer: 2010年日本液晶学会討論会
  • Place of Presentation: 九州大学医学部百年講堂
  • Year and Date: 2010-09-07
• [Presentation] ゲスト成分によるコレステリックブルー相の安定化に関する理論的考察 (2010)
  • Author(s): 福田順一
  • Organizer: 2010年日本液晶学会討論会
  • Place of Presentation: 九州大学医学部百年講堂
  • Year and Date: 2010-09-07
• [Presentation] FDTD法を用いたコレステリックブルー相IIの光学特性解析 (2010)
  • Author(s): 小川康宏、尾島正禎、福田順一、吉田浩之、藤井彰彦、尾崎雅則
  • Organizer: 2010年日本液晶学会討論会
  • Place of Presentation: 九州大学医学部百年講堂
  • Year and Date: 2010-09-06
• [Presentation] Defect structures in strongly confined cholesteric blue phases (2010)
  • Author(s): Jun-ichi Fukuda, Slobodan Zumer
  • Organizer: International Symposium on Non-Equilibrium Soft Matter 2010
  • Place of Presentation: 奈良
  • Year and Date: 2010-08-18
• [Presentation] Dynamics of topological defects in a cholesteric blue phase : A simulation study (2010)
  • Author(s): Jun-ichi Fukuda, Makoto Yoneya, Hiroshi Yokoyama
  • Organizer: ISSP International Workshop on Soft MatterPhysics
  • Place of Presentation: 東京大学物性研究所(千葉県柏市)
  • Year and Date: 2010-08-10
• [Presentation] Effect of strong confinement on defect structures of cholesteric blue phases (2010)
  • Author(s): Jun-ichi Fukuda, Slobodan Zumer
  • Organizer: Confined Liquid Crystals : Landmarks and Perspectives
  • Place of Presentation: スロベニア,リュブリャナ(招待講演)
  • Year and Date: 2010-07-20
• [Presentation] Interparticle Force in Nematic Colloids- Comparison between Experiment & Theory (2010)
  • Author(s): Takahiro Kishita, Kenji Takahashi, Masatoshi Ichikawa, Jun-ichi Fukuda, Yasuyuki Kimura
  • Organizer: The 23rd International Liquid Crystal Conference
  • Place of Presentation: ポーランド,クラコフ
  • Year and Date: 2010-07-15
• [Presentation] Defect Structures of a Cholesteric Blue Phase in a Strong Confinement (2010)
  • Author(s): Jun-ichi Fukuda, Slobodan Zumer
  • Organizer: The 23rd International Liquid Crystal Conference
  • Place of Presentation: ポーランド,クラコフ
  • Year and Date: 2010-07-13
• [Presentation] Continuous transformation of a -1/2 line disclination line to a +1/2 one : Numerical observation in a cholesteric blue phase under an electric field (2010)
  • Author(s): Jun-ichi Fukuda
  • Organizer: The 23rd International Liquid Crystal Conference
  • Place of Presentation: ポーランド,クラコフ
  • Year and Date: 2010-07-12
• [Presentation] Cholesteric Blue Phase under a Strong Confinement (2010)
  • Author(s): Jun-ichi Fukuda, Slobodan Zumer
  • Organizer: International Soft Matter Conference 2010
  • Place of Presentation: スペイン,グラナダ
  • Year and Date: 2010-07-07
• [Presentation] 空間的拘束によって生じるコレステリックブルー相の欠陥構造 (2010)
  • Author(s): 福田順一
  • Organizer: 科研費特定領域「ソフトマター物理」AO2・AO4班合同班会議
  • Place of Presentation: お茶の水女子大学
  • Year and Date: 2010-03-26
• [Presentation] 強く閉じ込められたコレステリックブルー相における新規な欠陥構造 (2010)
  • Author(s): 福田順一, Slobodan Zumer
  • Organizer: 日本物理学会第65回年次大会
  • Place of Presentation: 岡山大学
  • Year and Date: 2010-03-20
• [Presentation] 液晶のコレステリックブルー相に対する空間的閉じ込めの影響 (2010)
  • Author(s): 福田順一
  • Organizer: つくばソフトマター研究会2010
  • Place of Presentation: 産業技術総合研究所つくばセンター
  • Year and Date: 2010-02-22
• [Presentation] Simulation Study of Cholesteric Blue Phases under an Electric Field(招待講演) (2009)
  • Author(s): J.Fukuda, M.Yoneya, H.Yokoyama
  • Organizer: The 16th International Display Workshops (IDW'09)
  • Place of Presentation: 宮崎
  • Year and Date: 2009-12-10
• [Presentation] 日液晶中で卿イド粒子問相互作用 (2009)
  • Author(s): 木下隆裕, 市川正敏, 福田順一, 木村康之
  • Organizer: 科研費特定領域「ソフトマター物理」第3回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 京都大学桂キャンパス
  • Year and Date: 2009-11-20
• [Presentation] コレステリックブルー相のシミュレーション:電場下における欠陥の構造変化 (2009)
  • Author(s): 福田順一, 米谷慎, 横山浩
  • Organizer: 科研費特定領域「ソフトマター物理」第3回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 京都大学桂キャンパス
  • Year and Date: 2009-11-20
• [Presentation] キラリティを持つ液晶の3次元秩序構造:コレステリックブルー相の連続体シミュレーション(招待講演) (2009)
  • Author(s): 福田順一
  • Organizer: ワークショップ「創発現象の世界」
  • Place of Presentation: 九州大学
  • Year and Date: 2009-10-17
• [Presentation] 液晶中での特異的コロイド粒子間相互作用 (2009)
  • Author(s): 木下隆裕, 岩下靖孝, 市川正敏, 福田順一, 木村康之
  • Organizer: 日本物理学会2009年秋季大会
  • Place of Presentation: 熊本大学
  • Year and Date: 2009-09-26
• [Presentation] ネマチック液晶セル中のコロイド粒子間相互作用:閉じ込めの影響の解析的評価 (2009)
  • Author(s): 福田順一, Slobodan Zumer
  • Organizer: 日本物理学会2009年秋季大会
  • Place of Presentation: 熊本大学
  • Year and Date: 2009-09-26
• [Presentation] 有場によるコレステリックブルー相の構造変化 (2009)
  • Author(s): 福田順一, 米谷慎, 横山浩
  • Organizer: 日本物理学会2009年秋季大会
  • Place of Presentation: 熊本大学
  • Year and Date: 2009-09-26
• [Presentation] ネマチック液晶セル中におけるコロイド粒子間相互作用 (2009)
  • Author(s): 福田順一, Slobodan Zumer
  • Organizer: 2009年日本液晶学会討論会
  • Place of Presentation: 東京農工大学
  • Year and Date: 2009-09-14
• [Presentation] FDTD法を用いたコレステリックブルー相のフォトニックバンド構造評価 (2009)
  • Author(s): 尾島正禎, 吉田浩之, 藤井彰彦, 福田順一, 尾崎雅則
  • Organizer: 2009年日本液晶学会討論会
  • Place of Presentation: 東京農工大学
  • Year and Date: 2009-09-13
• [Presentation] 電場によるコレステリックブルー相の構造変化の数値計算 (2009)
  • Author(s): 福田順一, 米谷慎, 横山浩
  • Organizer: 2009年日本液晶学会討論会
  • Place of Presentation: 東京農工大学
  • Year and Date: 2009-09-05
• [Presentation] 液晶の物理(依頼講演) (2009)
  • Author(s): 福田順一
  • Organizer: 第3回ソフトマター物理若手勉強会
  • Place of Presentation: 筑波大学
  • Year and Date: 2009-09-03
• [Presentation] 液晶中でのコロイド粒子間相互作用 (2009)
  • Author(s): 木下隆裕, 市川正敏, 福田順一, 木村康之
  • Organizer: 第3回ソフトマター物理若手勉強会
  • Place of Presentation: 日筑波大学
  • Year and Date: 2009-09-03
• [Presentation] Continuum simulations of cholesteric blue phases : effect of an applied electric field (2009)
  • Author(s): Jun-ichi Fukuda, Makoto Yoneya, Hiroshi Yokoyama
  • Organizer: The 10th European Conference on Liquid Crystals
  • Place of Presentation: コルマール(フランス)
  • Year and Date: 2009-04-21
• [Presentation] Effect of confinement on the interaction between colloidal particles in anematic liquid crystal : A theoretical study (2009)
  • Author(s): Jun-ichi Fukuda, Slobodan Zumer
  • Organizer: The 10th European Conference on Liquid Crystals
  • Place of Presentation: コルマール(フランス)
  • Year and Date: 2009-04-20
• [Remarks]
  • URL: http://www.aist.go.jp/aist_j/new_research/nr20110406/nr20110406.html