2021 Fiscal Year Annual Research Report
Ultrafast response detection of photo-induced flexoelectric effect and its elucidation of molecular motion from mesoscopic viewpoint
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20H02202
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
木村 宗弘 長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (20242456)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
勝部 大樹 長岡技術科学大学, 工学研究科, 助教 (00831083)
鵜沼 毅也 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (20456693)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | フレクソエレクトリック効果 / 光異性化反応 / ネマティック液晶 / フェムト秒レーザ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、フェムト秒レーザーを中心とした高速光学応答測定系の構築と、グレーティング構造界面をもつ液晶セルの作製に取り組んだ。
光学部品を新規購入し、チタンサファイアレーザーを光源としてBBO結晶でSHGを発生させる(SHG光の波長400nm) ポンププローブ法の光学系を構成した。ポンプ光とプローブ光の入射タイミングが同時刻となる時の光遅延線の設定（いわゆる時間原点）に取り掛かったが、コロナ禍によるさまざまな制約と、我々の経験不足が災いして様々な試行錯誤を繰り返すことに時間を費やしてしまった。最終的には時間原点を見出すことには成功したが、全体の実験計画には大幅な遅れを生じてしまった。年度内に予定していた液晶セルでのポンププローブ法による測定は出来ず、高速応答を見出す実験にたどり着けなかったため、当該研究発表は行わなかった。
グレーティング構造を持つ液晶配向界面の作製については、作製工程の簡略化を目指し、モールドによるスタンプ法を検討した。しかし、モールドとポリイミドの剥離が悪かったり、出来上がったグレーティング表面で液晶分子を垂直配向させることが出来ないなどの問題が起きたため、最終的にはホログラム用のレンチキュラーフイルムの表面に垂直配向膜を塗工する方法を試したところ、予定していたベンド配向セルの作製は出来た。
液晶のフレクソエレクトリック係数測定法および装置については完成の域に達し、発表を行った。液晶材料の選定に資する実験は行うことが出来た。しかし、アゾ色素の液晶への添加については、イオン的な不純物として作用してしまうためか、フレクソエレクトリック係数の測定を難しくすることが確認された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
チタンサファイアレーザーを光源としてBBO結晶でSHGを発生させた２光束によるポンププローブ法での測定系を構築した。ポンプ光とプローブ光の入射タイミングが同時刻となる時の光遅延線の設定（いわゆる時間原点）に取り掛かったが、当初予定した交差入射（１光束はBBO結晶に垂直入射、もう一方の光束はBBO結晶に斜め入射）では時間原点が見出せず、予定を変更してハーフミラーを追加して２光束同軸入射とし、最終的には時間原点を見出すことには成功した。年度内に予定していた液晶セルでのポンププローブ法による測定は出来なかったが、液晶セルが作製出来次第取り掛かる予定である。
グレーティング構造を持つ液晶配向界面の作製については、作製工程の簡略化を目指し、モールドによるスタンプ法を検討した。しかし、モールドとポリイミドの剥離が悪かったり、出来上がったグレーティング表面で液晶分子を垂直配向させることが出来ないなどの問題が起きたため、最終的にはホログラム用のレンチキュラーフイルムの表面に垂直配向膜を塗工する方法を試したところ、予定していたベンド配向セルの作製は出来た。
液晶材料の選定としては、ネマティック液晶にアゾ色素を添加して、光異性化反応で誘起したベンド配向において発生するフレクソエレクトリック分極をスイッチングする経過器であったので、液晶のフレクソエレクトリック係数を測定した。測定装置については完成の域に達し、論文発表を行った。しかし、アゾ色素の液晶への添加については、添加した液晶混合物の紫外光照射による相転移挙動がうまく評価出来ず、熱による相転移なのか紫外光による反応なのか峻別出来ず、レクソエレクトリック係数の測定についてもイオン的な不純物による影響が原因で評価出来なかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
海外のグループからの既報があるシアノ系液晶でのポンププローブ法による測定を行い、データの再現性の確認を行った後、(1)アゾ色素を添加した液晶について光異性化反応による光学応答の観測を行う。(2)強誘電ネマティック液晶でも同様の実験を行い、いずれの応答が高速応答を引き出しやすいか検討する。この実験では、通常のサンドイッチ型液晶セルで実施する。
続いて、グレ―ティング構造を基板界面に有する液晶セルを用い、同様のポンププローブ法による光学応答測定を行う。ベンド配向によって液晶の分極を揃えた配向を実現することによって、光学応答速度が更に早く出来るか否か、液晶層を厚くすることでディスプレイにも使用できるほどの大きなリタデーションを得ることが出来るか確認する。高速応答が確認出来た場合には、ディスプレイの他、光通信のスイッチングデバイスへの応用、分子ロボットの動力源や光駆動型のセンサ等への応用が可能なデバイス構造についてデモンストレーション実験を行う。併せて、スイッチング機構についてシミュレーションも行い、メカニズムの説明とその最適化をまとめ、研究報告をまとめる。
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