空間的拘束下でフラストレートした液晶の秩序形成とダイナミクス

• 研究課題/領域番号: 25400437
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生物物理・化学物理・ソフトマターの物理
• 研究機関: 国立研究開発法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 福田 順一 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 機能化学研究部門, 主任研究員 (90392654)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2015年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2014年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2013年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: 液晶 / 連続体シミュレーション / キラリティ / 欠陥 / コレステリックブルー相 / 光学計算 / フラストレーション / 溝 / 電場応答

研究成果の概要

(i) 正弦波状の溝中のネマチック液晶が示すジグザグ状の配向欠陥の，溶け込んだ気体のキラリティに応じた形状変化について，簡単なモデルにより半定量的な理解を与えることに成功した．(ii)欠陥を含む配向パターンをインプリントした表面からなる液晶セルの配向秩序構造を検討し，バルクの液晶中に生じる欠陥線の構造について，実験結果を数値的に再現することに成功した．(iii) 薄い平行平板セル中のキラル液晶の秩序構造の形成とダイナミクスについて連続体シミュレーションを行なうとともに，その光学的手法による観測に関する検討も行ない，実験結果をほぼ完璧に再現することに成功した．

研究成果

• [国際共同研究] Univ. of Ljubljana/Jozef Stefan Institute(スロベニア)
• [国際共同研究] National Academy of Science, Ukraine(ウクライナ)
• [雑誌論文] Calculation of confocal microscope images of cholesteric blue phases (2016)
  • 著者名/発表者名: J. Fukuda, Y. Okumura and H. Kikuchi
  • 雑誌名: Proceedings of SPIE 巻: 9769 ページ: 976906-976906
  • DOI: 10.1117/12.2209210
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Templated blue phases (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Ravnik and J. Fukuda
  • 雑誌名: Soft Matter 巻: 11 号: 43 ページ: 8417-8425
  • DOI: 10.1039/c5sm01878a
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Generation and control of three-dimensional liquid crystal defects via topological design of surface anchoring (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Yoshida, K. Asakura, J. Fukuda and M. Ozaki
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 6 号: 1
  • DOI: 10.1038/ncomms8180
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A liquid crystalline chirality balance for vapours (2014)
  • 著者名/発表者名: Takuya Ohzono*, Takahiro Yamamoto & Jun-ichi Fukuda
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 5 号: 1 ページ: 3735-3735
  • DOI: 10.1038/ncomms4735
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Exotic Defect Structures and Their Optical Properties in a Strongly Confined Chiral Liquid Crystal (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Fukuda and S. Zumer
  • 雑誌名: Molecular Crystals and Liquid Crystals 巻: in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photonic band structure and transmission analysis of cholesteric blue phase II: electrostriction in the [100] direction (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Ogawa, J. Fukuda, H. Yoshida and M. Ozaki
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 22 号: 4 ページ: 3766-3772
  • DOI: 10.1364/oe.22.003766
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interaction of small spherical particles in confined cholesteric liquid crystals (2014)
  • 著者名/発表者名: B.I. Lev, J. Fukuda, O.M. Tovkach, and S.B. Chernyshuk
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 89 号: 1
  • DOI: 10.1103/physreve.89.012509
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simulation of the switching dynamics of a cholesteric blue phase cell by an inhomogeneous in-plane field (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Fukuda
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 53 号: 1 ページ: 010301-010301
  • DOI: 10.7567/jjap.53.010301
  • NAID: 210000143227
  • 査読あり
• [雑誌論文] サイン波状境界によって誘起される液晶微細構造 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大園拓哉，福田順一
  • 雑誌名: 液晶 巻: 18 ページ: 25-32
  • NAID: 40019959005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Peculiarity of the interaction of small particles in smectic liquid crystals (2013)
  • 著者名/発表者名: O. M. Tovkach, Jun-ichi Fukuda, and B. I. Lev
  • 雑誌名: Physical Review E 巻: 88 号: 5
  • DOI: 10.1103/physreve.88.052502
  • 査読あり
• [雑誌論文] Finite-Difference Time-Domain Analysis of Cholesteric Blue Phase II using the Landau-de Gennes Tensor Order Parameter Model (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Ogawa, J. Fukuda, H. Yoshida, A. Fujii and M. Ozaki
  • 雑誌名: Optics Letters 巻: 38 号: 17 ページ: 3380-3383
  • DOI: 10.1364/ol.38.003380
  • 査読あり
• [学会発表] (To be determined) (2016)
  • 著者名/発表者名: J. Fukuda
  • 学会等名: The 6th Workshop on Liquid Crystals for Photonics
  • 発表場所: Jozef Stefan研究所，リュブリャナ（スロベニア）
  • 年月日: 2016-09-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Confocal microscope images of cholesteric blue phases: Numerical study (2016)
  • 著者名/発表者名: J. Fukuda
  • 学会等名: The Japanese-Italian Liquid Crystal Workshop
  • 発表場所: 京都市国際交流会館，京都
  • 年月日: 2016-07-05
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] コレステリックブルー相の光学計算: 共焦点顕微鏡像を題材として (2016)
  • 著者名/発表者名: 福田順一
  • 学会等名: 第27回FPD設計技術研究会
  • 発表場所: 秋葉原UDX，東京
  • 年月日: 2016-05-13
  • 招待講演
• [学会発表] コレステリックブルー相の共焦点顕微鏡像の数値計算 (2016)
  • 著者名/発表者名: 福田順一，奥村泰志，菊池裕嗣
  • 学会等名: 日本物理学会 第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学，仙台
  • 年月日: 2016-03-22
• [学会発表] Liquid crystalline blue phases and their exotic structures under spatial confinement (2016)
  • 著者名/発表者名: J. Fukuda
  • 学会等名: Core-to-Core International Meeting, ChiMag2016 Symposium
  • 発表場所: オリエンタルホテル広島，広島
  • 年月日: 2016-02-22
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Calculation of confocal microscope images of cholesteric blue phases (2016)
  • 著者名/発表者名: J. Fukuda, Y. Okumura and H. Kikuchi
  • 学会等名: SPIE Photonics West "Emerging Liquid Crystal Technologies XI"
  • 発表場所: Moscone Center, サンフランシスコ，米国
  • 年月日: 2016-02-16
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] コレステリックブルー相の共焦点顕微鏡像を計算する試み (2015)
  • 著者名/発表者名: 福田順一，奥村泰志，菊池裕嗣
  • 学会等名: 第5回ソフトマター研究会
  • 発表場所: 東北大学，仙台
  • 年月日: 2015-12-18
• [学会発表] 薄いキラル液晶セルが発現する特異な秩序構造 (2015)
  • 著者名/発表者名: 福田順一
  • 学会等名: 北海道大学応用物理学部門 学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学，札幌
  • 年月日: 2015-11-26
  • 招待講演
• [学会発表] 液晶とマイクロリンクルに基づく掌性天秤 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大園拓哉，山本貴広，福田順一
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学，大阪
  • 年月日: 2015-09-17
• [学会発表] コレステリックブルー相の共焦点顕微鏡像の数値計算 (2015)
  • 著者名/発表者名: 福田順一，奥村泰志，菊池裕嗣
  • 学会等名: 2015年日本液晶学会討論会
  • 発表場所: 東京工業大学，東京
  • 年月日: 2015-09-08
• [学会発表] Numerical calculation of exotic ordered structures of a chiral liquid crystal cell and their optical properties (2015)
  • 著者名/発表者名: J. Fukuda
  • 学会等名: Tsukuba nano MA 2015: Nanomaterials and Nanoarchitectures
  • 発表場所: つくば国際会議場，つくば
  • 年月日: 2015-07-15
• [学会発表] Calculation of Confocal microscope images of cholesteric blue phases (2015)
  • 著者名/発表者名: J. Fukuda, Y. Okumura and H. Kikuchi
  • 学会等名: Gordon Research Conference on Liquid Crystals
  • 発表場所: Univ. of New England （米国）
  • 年月日: 2015-06-22
  • 国際学会
• [学会発表] 薄いキラル液晶セルが形成する特異な欠陥構造 (2015)
  • 著者名/発表者名: 福田順一
  • 学会等名: 機能物性融合科学研究会シリーズ（２）「ソフトダイナミクス」
  • 発表場所: 東京大学物性研究所
  • 年月日: 2015-04-03
  • 招待講演
• [学会発表] Zigzag disclination lines in a nematic liquid crystal confined in microgrooves and their response to a chiral gas (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Ohzono, T. Yamamoto and J. Fukuda
  • 学会等名: Physics of Structural and Dynamical Hierarchy in Soft Matter
  • 発表場所: 東京大学生産技術研究所
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [学会発表] Zigzag disclination lines in a liquid crystal confined in microgrooves and their utility as a chirality sensor (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Ohzono, T. Yamamoto and J. Fukuda
  • 学会等名: The 2nd Asian Conference on Liquid Crystals
  • 発表場所: 釜山，韓国
  • 年月日: 2015-01-20
• [学会発表] Optical properties of exotic defect structures in a thin cell of a blue phase liquid crystal (2015)
  • 著者名/発表者名: J. Fukuda and S. Zumer
  • 学会等名: The 2nd Asian Conference on Liquid Crystals
  • 発表場所: 釜山，韓国
  • 年月日: 2015-01-19
• [学会発表] 液晶のジグザグ欠陥を用いた掌性天秤 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大園拓哉，山本貴広，福田順一
  • 学会等名: 第４回ソフトマター研究会
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2015-01-07
• [学会発表] Exotic defect structures in a strongly confined chiral liquid crystal and their optical properties (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Fukuda and S. Zumer
  • 学会等名: The 15th IUMRS-International Conference in Asia
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2014-08-26
• [学会発表] Continuum simulation of liquid crystals with complex defect structures (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Fukuda
  • 学会等名: Computational Science Workshop 2014
  • 発表場所: つくばエポカル，つくば市
  • 年月日: 2014-08-20
• [学会発表] Exotic defect structures in a thin cell of a chiral liquid crystal and their optical properties (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Fukuda and S. Zumer
  • 学会等名: The 9th Liquid Matter Conference
  • 発表場所: リスボン，ポルトガル
  • 年月日: 2014-07-21
• [学会発表] Optical Properties of exotic defect structures in a strongly confined cholesteric blue phase liquid crystal (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Fukuda and S. Zumer
  • 学会等名: The 25th International Liquid Crystal Conference
  • 発表場所: ダブリン，アイルランド
  • 年月日: 2014-07-01
• [学会発表] 薄いキラル液晶セルの特異な秩序構造の光学的性質
  • 著者名/発表者名: 福田順一, Slobodan Zumer
  • 学会等名: 日本物理学会第69回年次大会
  • 発表場所: 東海大学湘南キャンパス
• [学会発表] 液晶の秩序構造形成の連続体シミュレーショ
  • 著者名/発表者名: 福田順一
  • 学会等名: 東北大学 金属材料研究所 HPCI 計算材料科学研究拠点(CMRI)， CMSI 教育拠点 東北大学， 教育・人材育成 配信セミナー 「マルチスケールの計算材料科学」
  • 発表場所: 東北大学
  • 招待講演
• [学会発表] 複雑な内部構造をもつ液晶セルの連続体シミュレーション
  • 著者名/発表者名: 福田順一
  • 学会等名: 第6回産総研ナノシステム連携促進フォーラム
  • 発表場所: 秋葉原
• [学会発表] 薄いキラル液晶セルが示す秩序構造の光学的性質
  • 著者名/発表者名: 福田順一, Slobodan Zumer
  • 学会等名: 第3回ソフトマター研究会
  • 発表場所: 首都大学東京
• [学会発表] Landau-de Gennes理論による液晶配向のモデリングの基礎と応用
  • 著者名/発表者名: 福田順一
  • 学会等名: 大阪大学大学院 工学研究科 電気電子情報工学専攻 教育プログラム
  • 発表場所: 大阪大学
  • 招待講演
• [学会発表] Exotic defect structures and their optical properties in a strongly confined chiral liquid crystal
  • 著者名/発表者名: Jun-ichi Fukuda, Slobodan Zumer
  • 学会等名: Optics of Liquid Crystals 2013
  • 発表場所: ハワイ（アメリカ）
  • 招待講演
• [学会発表] 薄いキラル液晶セルが示す特異な秩序構造の光学的性質
  • 著者名/発表者名: 福田順一, Slobodan Zumer
  • 学会等名: 2013年日本液晶学会討論会
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス
• [学会発表] コレステリックブルー相液晶セルの電場応答のシミュレーション
  • 著者名/発表者名: 福田順一, Slobodan Zumer
  • 学会等名: 2013年日本液晶学会討論会
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス
• [学会発表] Exotic defect structures in a strongly confined chiral liquid crystal
  • 著者名/発表者名: Jun-ichi Fukuda, Slobodan Zumer
  • 学会等名: Workshop ``Liquid crystal defects and blue phase structure; elastomers and related systems''
  • 発表場所: ケンブリッジ（イギリス）
  • 招待講演
• [学会発表] コレステリックブルー相液晶セルの連続体シミュレーション
  • 著者名/発表者名: 福田順一
  • 学会等名: 第24回FPD設計技術研究会
  • 発表場所: 秋葉原
  • 招待講演
• [備考] 液晶を用いた気体分子のキラリティの簡便な検出法
  • URL: http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2014/pr20140501/pr20140501.html