| 研究領域 | ソフトクリスタル：高秩序で柔軟な応答系の学理と光機能 |
|---|
| 研究課題/領域番号 |
17H06373
|
|---|
| 研究機関 | 豊橋技術科学大学 |
|---|
研究代表者 |
後藤 仁志 豊橋技術科学大学, 情報メディア基盤センター, 教授 (60282042)
|
|---|
| 研究分担者 |
中山 尚史 コンフレックス株式会社(研究), 研究, 主任研究員 (90402669)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2017-06-30 – 2022-03-31
|
| キーワード | 結晶構造予測 / 結晶多形探索 / 分子力学法と結晶力場 / 密度版関数理論法 / 配座空間探索 |
|---|
| 研究実績の概要 |
ソフトクリスタルは，弱い外部刺激によって結晶構造とその物性が変化する特異な分子性結晶である。本研究では、そのような新奇現象を理論的に解析するため、有機金属錯体を扱える高精度結晶力場を開発すると伴に、結晶多形探索と粉末X線回折による結晶構造予測、構造相転移のメカニズム解析を行ってきた。これまでに領域内15件もの共同研究の課題を進め，それらの研究成果は論文や国際会議で発表している。今年度の主な取り組みについて以下に報告する。
（1）顕著なサーモサリエント効果による可逆的な単結晶―単結晶相転移を示すジシラニル大環状化合物C4において、C4α（高温相）がC4β（低温相）よりも安定であることが、計算による結晶エネルギー解析によって明らかになった。[J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 12651]
（2）結晶状態で第二高調波発生（SHG）を示すジアリールジシランにおいて，SHG活性な非中心対称α相とSHG不活性な中心対称β相を選択的に形成できる。計算による結晶エネルギー解析では，α相がβ相よりも僅かに安定ではあるが，その差は分子間相互作用エネルギーの静電項によることが解った。また、過冷却液体状態におけるランダムな双極子配向からSHG不活性な準安定β相が形成し，熱または溶媒蒸気下による刺激によって容易にα相が形成されることが示唆された。[J. Phys. Chem. C 2020, 124, 17450]
（3）結晶構造予測において粉末X線回折（PXRD）パターンを活用することで，構造解析が困難な結晶構造を高精度で予測できる手法を開発した。[Sci. Rep. 2020, 10, 2524]
|
| 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
弱い外部刺激によって結晶構造とその物性が変化するソフトクリスタル現象は， 単位格子内のナノスケールで起こる分子の変化（微視的変位）が，単位格子の変形が結晶全体に広がるマクロな変化（巨視的変位）として現れる特異的な現象である。X線や電子線回折による結晶構造解析では局所的平衡構造しか観察できないため，「ソフトクリスタル現象の学理の解明」には，構造最適化による結晶ポテンシャルの局所的極小点を求める既往の結晶計算法の適用に加えて，微視的変位と巨視的変位を繋ぐ新しい計算技術が必要である。
本研究では，現在，領域内で12件もの共同研究の課題を進めており，すでにいくつかの成果は論文や国際会議で発表している。例えば，A03-02班の長谷川等（青山学院大）との共同研究では，ランタニド系列を含む有機金属錯体の結晶力場を開発し、今後、第一原理計算を用いた理論物性計算を可能にしている。また、開発した結晶力場を利用して、A03-18班の長谷川等（北大）との共同研究では，ランタニド系列の有機金属錯体結晶の構造相転移解析を開始している。
研究者相互のコミュニケーションに基づく新たな学問領域の創成の場として，本新学術領域研究「ソフトクリスタル」は，きわめて高次元に進行しているといえる。特に，理論的なアプローチを提供する我々の研究班は，他の実験班のハブとなるよう心掛けており，有意義な多くの共同研究が進展している。新たな学問領域の形成に向けて大きな役割を果たせると考えている。
|
| 今後の研究の推進方策 |
昨年度までに15件の共同研究を進め，4報の論文発表を行った。今年度（令和3年度）は，すでに論文1報を投稿中であり，1報の投稿を準備している。その他の共同研究についても，すでに多くの研究成果があり，順次，論文発表を行う予定である。
最終年度（令和3年度）は，これまでの進めてきた多くの共同研究をできる限りまとめることに注力するが、新たな共同研究に関しても協力したいと考えている。また，研究期間内に開発してきた様々な方法論の検証と計算結果の妥当性の検証を改めて徹底して検証し，本研究後においても、ソフトクリスタルの実用化に向けたステップを計算化学によって強力に支援できるよう準備している。
|
