2021 Fiscal Year Annual Research Report
液晶配向場のトポロジー制御による多安定性スイッチングと機能開拓
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19H02581
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
吉田 浩之 大阪大学, 大学院工学研究科, 講師 (80550045)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鍛冶 静雄 九州大学, マス・フォア・インダストリ研究所, 教授 (00509656)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 液晶 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
液晶は広くディスプレイに用いられる棒状の分子材料であり、通常は2枚のガラス基板の間に保持される。ディスプレイ中では液晶分子は比較的広い面積で一様に配向しているが、本研究では、基板界面において液晶分子の配向方向をパターン化することで新機能創出を目指した。特に、液晶配向場のもつトポロジーに着目し、配向場が局所的に強く歪んだソリトン構造を任意に生成・安定化することで多安定的に制御する機構の確立を目指した。本年度の主たる成果として、以下の成果が得られた。
（１）配向場のトポロジー設計と多安定スイッチングの実証：昨年発見した、安定化されたヘッジホッグ構造（トポロジカルソリトン）について、数十μmの周期をもつアレイを形成できることを見出した。ヘッジホッグアレイの近傍において液晶相転移を観察すると液晶の相転移温度が変化していることを確認することで、トポロジカル欠陥の存在がバルク形成した液晶に影響を及ぼすことを見出した。
（２）欠陥における特異な物質相互作用の調査：液晶における特異な物質相互作用の調査を目指し、液晶性の色素に加え、光照射によって呈色するフォトクロミック材料に着目した。既存のフォトクロミック材料は液晶に高い相溶性を示さないが、分子構造設計によりフォトクロミック性を示しながら液晶性を示す材料の開発に成功し、ミクロな物性評価に向けた足がかりを得た。
（３）トポロジカル欠陥ネットワークとして存在するブルー相液晶と呼ばれる液晶材料において、双晶が発現することを発見し、その基礎特性について明らかにした。
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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
本研究ではサンドイッチガラスセル構造をもつ液晶素子の界面配向方位を制御することで、分子配向場のソリトン構造を制御する機構の確立を目指している。本年度は、昨年度発見したウォール構造中のヘッジホッグ構造（トポロジカル欠陥）について、周期的なアレイを形成する手法を見出し、その近傍で液晶の相転移点が変化する知見を得ることができた。アレイ化により広い面積で液晶の特異構造を形成することが可能となり、応用の可能性を広げるものである。このことから、研究はおおむね順調に進んでいると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
・ヘッジホッグの微細構造について実験と理論の側面から理解を深め、さらに電界印可時の応答なども調査する。
・異物質との相互作用など、物性への影響の観点から研究を進める。
・観測された現象の制御を通し、デバイス応用の可能性を探る。
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