| 研究課題/領域番号 |
22KJ0843
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| 補助金の研究課題番号 |
22J12144 (2022)
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 基金 (2023)
補助金 (2022) |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分13040:生物物理、化学物理およびソフトマターの物理関連
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
図司 陽平 (2023) 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC2)
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| 特別研究員 |
図司 陽平 (2022) 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC2)
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| 研究期間 (年度) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2023年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2022年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
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| キーワード | トポロジカル欠陥 / 液晶 / 3次元ダイナミクス / 共焦点観測 / ダイナミクス |
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| 研究開始時の研究の概要 |
液晶は分子の向きを揃える配向秩序を持っているが、配向の揃わない箇所がトポロジカル欠陥として現れる。液晶に高電圧をかけた時に生じる一種の乱流状態では、トポロジカル欠陥が高密度に存在し運動していると信じられているが、その実態はあまりわかっていない。そこで本研究ではパターン配向とよばれる技術を用いて作成した少数のトポロジカル欠陥に電圧をかけて、欠陥の運動や周囲の配向、流れといった振る舞いを測定することで、電圧に駆動されたトポロジカル欠陥のダイナミクスに迫る。さらに、それを糸口にして、トポロジカル欠陥が重要な役割を果たしているであろう液晶乱流の理解に取り組む。
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| 研究実績の概要 |
液晶トポロジカル欠陥について、電圧印加によって生じた乱流状態からの緩和過程における3次元ダイナミクスを観測した。特に、トポロジカル欠陥に特有のダイナミクスである再結合に着目し、研究を行った。2本の欠陥がほぼ同一平面内で平行に近づくタイプの再結合について、液晶電気対流による縞状パターンを利用することで、周囲の配向場の決定を試みた。液晶に乱流を生じさせない程度の弱い電圧を印加すると、液晶セルの厚み方向中央付近の配向場を反映して方向が決まる縞状パターンが現れる。再結合が起こりそうな欠陥ペアについて、電圧を印加し、できた縞の方向から欠陥周りの配向場を推定することができた。これは、平行な欠陥の再結合に関して、トポロジーとエネルギーの観点から2次元では見られない3次元特有の構造が実現している、という我々の議論をサポートするものである。
また、2本の欠陥が角度を持って近づいてくる現象についても解析した。動的輪郭法の一種であるsnakes法を実装・応用して、共焦点顕微鏡で取得した3次元データからトポロジカル欠陥の座標を抽出し解析した。その結果、欠陥同士の距離だけでなく角度も再結合時刻に向かって減少していることが分かった。トポロジカル欠陥のダイナミクスは、理論的にも困難を伴うものであったが、近年になって完全な3次元配置の欠陥について適当な近似の下で相互作用や運動が記述されるようになった。昨年報告された先行研究の理論予言である欠陥同士の距離と角度の連立微分方程式と、本実験とを比較した。その結果、欠陥同士が最近接である部分に着目すると、理論予言の連立方程式が距離と角度の時間発展を記述することが分かった。ただし、2つの方程式の係数の比は理論とは異なっていたため、その違いについて影響を与える因子も含めて議論した。
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