Soft-Crystal Motor Driven by Electron Beam Transmission

2018 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 16K13867
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Biological physics/Chemical physics/Soft matter physics
• Research Institution: Waseda University
• Principal Investigator: Tabe Yuka 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (50357480)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 杉澤 進也 早稲田大学, 理工学術院, 助手 (90732743) ; 坊野 慎治 早稲田大学, 理工学術院, 講師(任期付) (60778356)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 電子線による一方向回転 / 電荷移動液晶 / 自発的な対称性の破れ / 超分子モーター

Outline of Final Research Achievements

We investigated the electron-beam-driven rotation of the smetic-E (SmE) liquid crystal (LC) composed of binary mixtures of charge-transferred (CT) LC compounds. Our experiment revealed that the constituent plate-like achiral LC molecules are alternatively arranged to form a herringbone lattice in each smectic layer plane, which makes the SmE films chiral under the normally incident electron beam. The rotational speed of the SmE films is nearly linear to the amount of the transferred charge between the molecules and also to the electron beam intensity. The result suggests that the electron beam could perturb the force balance between the CT molecules, which then gives rise to the non-zero torque to cause the rotation. The system may be used for novel supramolecular motors.

Free Research Field

ソフトマター物理

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

電荷移動を生じる2種分子を混合したとき、高秩序液晶相が発現することは以前から知られていたが、最も結晶に近いSmE相と呼ばれる液晶相において、2分子が交互に配置して矢筈格子を形成していることを明らかにした。この交互配置は、液晶で初めて見つかった構造である。さらに、この構造と線形流の組み合わせが自発的なカイラリティを生ぜしめることを示した。2種分子の配置によるプロペラ構造の発現、さらにこれを電子線照射で回す、という例はこれまでになく、新しいタイプの超分子モーターへの応用が期待される。