2023 Fiscal Year Annual Research Report
電気インピーダンス法による液晶トポロジカル欠陥のパターン形成メカニズムの解明
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21K03480
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
佐々木 裕司 北海道大学, 工学研究院, 助教 (00649741)
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2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 液晶 / パターン形成 / 自己組織化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
負の誘電率異方性をもつネマチック液晶にイオン性物質をドープして交流電圧を印加すると、独特のパターン形成を観察することができる。これまでの研究から、電気インピーダンスの周波数依存性を調べることにより、パターン形成時における試料セル内部の電圧降下の様子が明らかになった。具体的には、パターン形成が観察される条件であっても、液晶試料自体にはフレデリクス転移に必要な電圧しか印加されておらず、殆どの電圧降下は電極を覆っている絶縁層（配向膜）で起こっていることが明らかにされた。したがって、電気対流の効果は考慮する必要がなく、液晶の運動を記述する数式には大きな変更がないであろうことが示唆された。
上記の電気インピーダンス測定によって得られた知見を踏まえ、数値シミュレーションによって現象の再現に取り組んだ。通常のフレデリクス転移を取り扱う場合、印加電圧が空間的に一様であるとみなすことが多く、自発的なパターン形成は得られない。そこで、液晶と絶縁層における印加電圧の空間分布を考慮した条件でフレデリクス転移の数値計算を実施した。その結果、試験的ではあるが、実験とほぼ同質の結果を得ることができた。得られた分子配向の様子も実験と一致していることが確認された。また、数値計算を行う上でも、電気インピーダンス測定で求めた絶縁層の誘電率や導電率などの実効値が有効であることがわかった。さらに、数値計算ではグリッドパターンのみならずストライプパターンについても再現することができた。
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