分子シンクロ現象のセンシングおよび人工視覚素子の開発

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11167227
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 岩本 光正 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (40143664)
• 研究分担者: 呉 晨旭 東北大学, 流体化学研究所, 助手 ; 間中 孝彰 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (20323800) ; 真島 豊 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助教授 (40293071)
• キーワード: 分子シンクロ現象 / 変位電流 / SHG / コマンドサーフェス / 単分子膜 / 表面アンカリングエネルギー / 液晶 / 人工視覚素子

研究概要

有機分子あるいは分子集合体の持つ電子・光機能を分子レベルで活用する技術を分子膜の極限の薄さを持つ単分子膜を用いて実現することを目指し、分子シンクロ現象に着目した研究をおこなった。すなわち、本研究では、有機単分子膜の持つ分子配向性と分子挙動に注目して、周期的外部刺激〔圧力〕によって、単分子膜がシンクロナイズすることによってもたらされる配向変化や相変化の時間的および空間的変化を計測する技術の開発を目指した。そのため、界面の単分子膜の集合としての挙動を、分子配向オーダパラメータを用いて記述し、ついでマックスウェル変位電流(MDC)とSHGの測定により電気的ならびに光学的側面から測定することを検討した。また、アゾベンゼン分子膜からなるコマンドサーフェスと呼ばれる液晶配向制御層を持つ液晶セルを作製して、液晶セルの容量および透過率を同時に測定し、コマンドサーフェスから液晶への刺激伝達の機構を解析し、生体の視覚機能との類推から人工視覚素子への展開を試みた。具体的には、(1)C_∞の構造対称性を持つ分子膜の分極を、配向オーダパラメータを用いて記述し、MDCおよびSHGを記述するための一般的な基本式を導いた。ついで、マックスウェルの変位電流とSHG計測が同時に可能な測定装置を完成し、液晶性nCBおよびnOCB単分子膜の変位電流とSHGの測定を行い、圧縮過程におけるオーダパラメータを決定した。(2)界面分子膜の液晶への刺激伝達が分子シンクロ現象として伝達することに着目し、コマンド液晶セルを試作し、液晶セルの容量および透過率を同時測定を行った。液晶分子のコマンドサーフェスによる制御では、ポリイミドLB単分子膜を下地層として用いると、繰り返し可能な液晶配向制御が可能であることを、各種アゾベンゼン分子膜を用いて明らかにすることができた。(3)分子シンクロ現象の場となる界面を解析するため、界面の異方性エネルギーを決定するためのの解析手法を確立した。すなわち、ラビング界面などにおけるのアンカリングエネルギーの異方性を表現するため、球面調和関数を用いてアンカリングエネルギーを記述する新しい手法を提案することができた。

研究成果

• [文献書誌] M.Iwamoto,K.Kato,A.Matsumura,and Y.Majima,: "Orientational Transition of P-penty-p'-cyano-biphenyls Triggered by Conformational Change of Surface Azobenzene Monolayar"Jpn.J.Appl.Phys.. 38. 5984-5990 (1999)
• [文献書誌] W.Zhao,C.X.Wu.and M.Iwamoto: "Rate-equation Theory of Azobenzene Monolayer Photoisomerization"Chem.Phys.Lett.. 312. 572-577 (1999)
• [文献書誌] W.Zhao,C.X.Wu,M.Iwamoto and Z.C.Ou-Yang: "Modeling Analysis of Molecular Chiral Effect Detected by Maxwell-Displacement-Current Measurements"J.Chem.Phys.. 110. 12131-12140 (1999)
• [文献書誌] M.Iwamoto,C.X.Wu,and Z.C.Ou-Yang: "Tilting Phase Transition of Langmuir Monolayers : a Competition Between Steric Repulsion and Interaction of Dipolar Molecules with Liquid Surface"Chem.Phys.Lett.. 312. 7-13 (1999)
• [文献書誌] 岩本光正,真島豊,呉晨旭: "単分子膜の変位電流と分子シンクロ現象を利用した有機素子"光学. 28巻6号. 319-324 (1999)
• [文献書誌] C.X.Wu,W.Zhao,M.Iwamoto,and Z.C.Ou-Yang: "Linear and Nonlinear Dielectric Constant Tensor for Monolayers Films in Terms of Orientational Order Parameters"J.Chem.Phys.. 112. 10548-10555 (2000)
• [文献書誌] M.Iwamoto,C.X.Wu and Z.C.Ou-Yang: "Second Order Susceptibility Tensor of a Monolayer at the Liquid-Air Interface : SHG Spectroscopy by Compression"Chem.Phys.Lett.. 325. 545-551 (2000)
• [文献書誌] Wei Zhao,Chen-Xu Wu and Mitsumasa Iwamoto: "Analysis of Conformational Transition Effect on Maxwell Displacement Current : A Kinkable Rod Model"J.Appl.Phys.. 39. 162-165 (2000)
• [文献書誌] M.Iwamoto: "Nanometric electrostatic interfacial phenomena in organic semiconducting thin films"J.Mater.Chem.. 10(invited). 99-106 (2000)
• [文献書誌] M.Iwamoto and C.X.Wu: "Discrimination of Chiral and racemic phospholipid monolayers by Maxwell-displacement-current mesurement technique"Mol.Liquid.Cryst.Liquid. 349. 141-146 (2000)
• [文献書誌] W.Zhao,C.X.Wu,and M.Iwamoto: "Analysis of compression-induced chiral phase separation in Langmuir monolayers"Phys.Rev.. E61. 6669-6673 (2000)
• [文献書誌] Chen-Xu Wu,Wei Zhao,M.Iwamoto,and Z.C.Ou-Yang: "Linear and nonlinear dielectric constant tensor for monolayers films in terms of orientational order parameters"J.Chem.Phys.. 112. 10548-10555 (2000)
• [文献書誌] W.Zhao,C.X Wu,and M.Iwamoto: "Analysis of weak-anchoring effect in nematic liquid crystals"Physical Review. E62. R1481-R1484 (2000)
• [文献書誌] Mitsumasa Iwamoto,Chen-xu-Wu and Wei Zhao: "Nonlinear dependence of Maxwell displacement current across chiral phospholipid mixed monolayes onmolar ratio"J.Chem.Phys.. 113. 2880-2885 (2000)
• [文献書誌] Mitsumasa Iwamoto,Chen-Xu Wu and Ou-Yang zhong-can: "Second order succesptibility tensor of a monolayer at the liquid-air interface : SHG spectroscopy by compression"Chem.Phys.Lett.. 325. 545-551 (2000)
• [文献書誌] Mitsumasa Iwamoto: "Organic Monolayer Film Dielectrics for Electronics"IEICE Trans.Electron.. E83-C(invited). 1062-1068 (2000)
• [文献書誌] M.Iwamoto: "Generation of Maxwell Displacement Current Across Liquid Crystal Monolayers and Control of liquid Crystal alignment"Anglo-Japanese seminar on Liquid Crystals'99, OC-10, Nara. (invited). 26-28 (1999)
• [文献書誌] M.Iwamoto and C.X.wu: "Discrimination of chiral and racemic phospholipid monolayers by Maxwell-displacement-current measurement technique"The 1oth Korea-Japan joint forum (KJF'99), I-3, Organic materials for Electronics & Photonics, Kyongju, Korea. (1999)
• [文献書誌] T.Manaka and M.Iwamoto: "Enhanement of second haronic generation for phthalocyanine Langmuir-Blodgett films on metal electrodes,"The 4^<th> international Conference on Nano-Molecular Electronics, Kobe. PS-33 (2000)
• [文献書誌] A.Tojima,Y.Matsuo,R.Hiyoshi,T.Manaka,Y.Majima,and M.Iwamoto : "Orienational Order Study of 4-alkyl-4'-cyanobiphenyl Langmuir Films by Maxwell Displacement Current and Optical Second Harmonic Generation Measurements"The 4^<th> international Conference on Nano-Molecular Electronics, Kobe. PS-3 (2000)
• [文献書誌] W.Zhao and M.Iwamoto: "Harmonic Expression of Nematic Anchoring Energy"The 4^<th> international Conference on Nano-Molecular Electronics, Kobe. SD-1 (2000)
• [文献書誌] W.Zhao,C.X.Wu and M.Iwamoto: "Generalized Two-constant Anchoring Energy Based on a Second-order Spherical-harmonic Expansion"The 18th International Liquid Crystal Conference, Sendai . 25D-76-p (2000)
• [文献書誌] A.Tojima,Y.Matsuo,R.Hiyoshi,C.X.Wu,Y.Majima,and M.Iwamoto: "Determination of Orientational order parameters of 4-cyano-4'-nalkyl monolayers at the air-water interface by Maxwell-Displacement-Current and second harmonic generation measurements"The 18th International Liquid Crystal Conference, Sendai . 27D-77-P (2000)
• [文献書誌] M.Iwamoto: "Maxwell displacement current generation across organic monolayer film for the study of dielectric physics and electronics"International Workshop on Fundamental Study and its Application of Intelligent Nano-and Mesoscopic Structured Materials by Field Control, Tohoku University, Sendai, Japan (invited). (2000)
• [文献書誌] Mitsumasa Iwamoto and Chen-Xu W: "The physical properties of Organic Monolayers"World Scientific, Singapore. 200 (2001)