2022 Fiscal Year Annual Research Report

時空間パターン形成由来の螺旋ナノ構造体が持つキラル分子応答性の理解

Research Project

Project/Area Number	21J14745
Research Institution	Kyoto University
Principal Investigator	安田拓海京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
Project Period (FY)	2021-04-28 – 2023-03-31
Keywords	自己組織化 / 時空間パターン形成 / 湿式処理 / シリコン加工 / 数値シミュレーション
Outline of Annual Research Achievements	本研究では、過酸化水素（H2O2）とPt粒子を用いるSi基板の湿式処理おいて形成するらせん状ポアに着目し、その構造体が持つ分子応答能を調査することを目的に設定している。当該年度では得られるらせん状ポアの形状制御に向けて、ポア形成の数値シミュレーションに取り組んだ。これまでの研究で、Pt粒子/Si基板の界面において発現する不均一な反応分布（時空間パターン）がらせん構造の形成に大きく寄与していることを見出している。この理解に基づき、本研究ではまず時空間パターンの再現を試みた。なお、この段階では簡単のため、溶解反応によるPt粒子の運動や、それによるポアの形成など、反応界面の移動は考慮していない。先行研究や実測データをもとに、反応物の物質収支や反応進行中の電極電位などを考慮して、ポア形成中に起きるSiの溶解反応/H2O2の還元反応を数式化した。これらの微分方程式を数値的に解くことで、質点系モデルにおいて各反応の基本的な挙動を再現した。また、この段階で、時空間パターン形成の主要因の一つである『H2O2還元に関する電流振動』を計算により模擬することに成功している。次に、構築したモデルを空間拡張し、時空間パターンのシミュレーションを試みた。ここでは、時空間パターンが発現する反応場をPt粒子の円周部、すなわち一次元のリングと簡略化し、この空間で計算を実施した。リングに沿った反応物の拡散や電位分布などを導入し、モデルを修正しつつ計算したところ、均一な反応分布しか得ることができなかった。得られた計算結果の解析により、本研究では簡略化のために無視した溶液中の電圧降下が不均一性の発現に大きく寄与することが示唆された。
Research Progress Status	令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
Strategy for Future Research Activity	令和4年度が最終年度であるため、記入しない。