| 研究課題/領域番号 |
23K21078
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| 補助金の研究課題番号 |
21H01801 (2021-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2021-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分29010:応用物性関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人理化学研究所 |
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研究代表者 |
荒岡 史人 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, チームリーダー (10467029)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)
2024年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2022年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2021年度: 12,090千円 (直接経費: 9,300千円、間接経費: 2,790千円)
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| キーワード | 液晶 / 有機強誘電体 / ソフトマター / 強誘電体 / ソフトマテリアル / 有機機能材料 / X線構造解析 / 非線形分光 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、近年報告されている強誘電性カラムナー液晶など粘弾性を伴うソフトマター強誘電体において、微小極性構造や弾性変形といった時空間状態が分極安定化に果たす役割を明らかにする。コア技術には、共鳴X線や和周波発生(SFG)といったソフトマター研究であまり使われてきていない手法を用い、従来手法では観察困難な、微小構造や動的状態を解析する。これにより、今後の材料開発指針にも欠かせない物理描像を得る。
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| 研究実績の概要 |
流動性を持ちながらも強誘電性を持つ強誘電ネマチック材料について、その起源を探りながら、その物性について調べてきた。典型的な強誘電性ネマチック液晶分子であるDIOと呼ばれる分子は、合成段階で構造異性体(通常のDIOがtrans体であるのに対し、異性体はcis体である)を不可避的に含む。異性体であるcis体DIOのみを抽出し調べると、通常のtrans体DIOのように液晶にはならないが、trans体とは異なり極性結晶を形成することがわかった。このことから、通常の強誘電性液晶に比べ極性安定可能が高いと考えドーパントとしてtrans体に添加したところ、強誘電性ネマチック相が高度に安定化され、室温強誘電状態を実現できることを示した。この成果では、放射光X線による時空間解析を行い、強誘電ネマチック相内の極性クラスターを捉えることに成功した。
このほか、強誘電性の相転移について、実験結果と相互の議論をもとに目指すべき粗視化した分子(粒子)モデルと構造を定め、これをもとにシミュレーションを行うことで、強誘電性相転移の再現に初めて成功した。また同時に、反強誘電性-強誘電性相転移の存在も示され、これまでの実験結果で知られていた未知の液晶相が、これまでに報告のなかった反強誘電性のネマチック液晶であることが示唆された。このことは、奇しくも同時期にアメリカの研究グループにより報告された実験結果とも一致しており、理論による裏付けは非常に意義深いと言える。これらの成果は、国際学術論文誌に掲載されたほか、国際学会で報告された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
上記の通り、当初の計画にあったX線による時空間解析が行われ、成果が得られたほか、赤外-可視和周波発生分光や電気粘弾性による実験も行っており、それぞれ結果が出つつある。次年度も赤外-可視和周波発生分光と電気粘弾性の実験を中心に行う予定であり、予定通りの成果の創出が見込まれると考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
上述の通り、当初の計画にあったX線による時空間解析、動的光散乱、赤外-可視和周波発生分光と電気粘弾性といった実験は順調に立ち上がっており、順調に推移しているため、これらを継続することによる成果の創出が見込まれる。同時に、強誘電性ネマチック液晶については世界的にも研究が進み、また、我々の研究チームでも当初は２種類の分子でしか実現できなかった強誘電性が、今では１０を超える様々な分子で実現できることがわかってきた。このことから、当初計画の段階にはなかったこれら多くの分子について、既に立ち上がっているX線による時空間解析と赤外-可視和周波発生分光による解析を当初計画に比べて重点的に行っていく予定である。NMRについても最終年度である次年度中には立ち上げる予定であり、本課題の実施期間中に予定していた測定手法をの全て確立し、動的状態の解析と解釈を行う予定である。
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