電気光学応答の2次元スペクトロスコピー

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10450032
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 早川 禮之助 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (00011106)
• 研究分担者: 古澤 浩 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (20282684) ; 木村 康之 東京大学, 大学院・工学系研究科, 講師 (00225070)
• キーワード: 電気光学応答 / 電気複屈折 / カー効果 / 2次元スペクトロスコピー / 緩和現象 / 高分子 / 液晶 / マイクロエマルジョン

研究概要

高分子・液晶・有機低分子結晶などのソフトな有機材料の電気的ダイナミックス測定法のひとつとして、正弦波電場を入力として加え、出力として透過光強度の周波数域緩和スペクトルを観測する電気光学緩和スペクトロスコピーがある。この方法は、誘電的異方性に関する情報を敏感に検出できるという利点をもつことから、高分子・液晶などの異方性の大きな物質系のダイナミックス測定法として特に有用である。
この電気光学緩和スペクトロスコピーに関する前年度までに得られた成果は二つである。一つは、電場に対して2次の非線形応答である電気複屈折応答の2次元スペクトロスコピー(角周波数がω_1およびω_2である2つの正弦波電場の和信号を入力としω_1とω_2の両方を変化させながら応答を観測する方法)を実験・理論の両面から方法論的に確立したという点である。またさらに、このシステムを、永久双極子を持つ棒状高分子溶液系や高分子電解質溶液系に適用し、従来の測定方法にはない2次元スペクトロスコピーの有用性を示した。
本年度はさらに、従来の配向分極とは異なる複屈折機構を扱うことを試み、その中でも分子の変形過程に着目した。分子自体が変形すると、その変形によっても試料溶液は複屈折性を持つようになるため、分子の配向だけでなく分子の変形も複屈折の要因になる。そこで、変形による電気複屈折という現象を記述するためのモデルを検討し、この変形過程を実現するための試料としてマイクロエマルション系を選び2次元スペクトロスコピーを行った。この結果、配向分極と同じように、dc成分(ω_1+ω_2=0)成分に誘電緩和の情報が含まれるだけでなく、変形の振動成分が検出される2ω成分(ω_1+ω_2=2ω_1)成分にも誘電緩和の緩和過程が見られることを確認し、電気的変形による複屈折緩和と誘電緩和の間には分子配向による電気複屈折の場合とは異なる対応関係があることを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] Y.Kimura and R.Hayakawa: "Nonlinear Electrooptical Relaxation Spectra of Ferroelectric and Antiferroelectric Liquid Crystals"Mol.Cryst.Liq.Cryst.. 328. 83-92 (1999)
• [文献書誌] Y.Nagamine,K.Ito, and R.Hayakawa: "Low- and High- Frequency Electric Birefringence Relaxations in Linear Polyelectrolyte Solutions"Langmuir. 15. 4135-4138 (1999)
• [文献書誌] K.Ito,Y.Maruyama,N.Hiroyasu, and R.Hayakawa: "Dynamic Light Scattering in a Periodically Stationary System"Langmuir. 15. 4139-4142 (1999)
• [文献書誌] T.Fujima,H.Frusawa,K.Ito, and R.Hayakawa: "Dielectric Relaxation of Glass-Forming Orgaric Liquid in the Crossovpn Regime between Normal and Supercoded Liquid state"Japanese Journal of Applied Physics. 38. L10463-L1048 (1999)
• [文献書誌] H.Frusawa and R.Hayakawa: "Field theoretical representation of the Hohenberg-kohn free energy for fluids"Physical Rexiew E. 60. R5048-R5051 (1999)