競合する相互作用のもとでのエントロピー誘起による形態変化と応答機構の研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14045213
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 宮下 精二 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (10143372)
• 研究分担者: 高野 宏 慶應義塾大学, 理工学部, 助教授 (90154806)
• キーワード: 電解質ポリマー / エントロピー効果 / カウンターイオン / ミンコフスキー積分 / 分子動力学 / モンテカルロ法

研究概要

ポリマーの凝集形態の制御に関して、温度以外のパラメターとして電解質ポリマーにおけるカウンターイオン効果について研究を進めた。これらの自由度によるエントロピー効果によるポリマー形態の基礎データを求めるため、電解質ポリマーとカウンターイオンの共存系でのポリマー形態の温度変化、カウンターイオンの価数への依存性を詳しく調べた。そのためクーロン相互作用と斥力相互作用をもつフレキシブルポリマーの分子動力学の方法を開発した。それを用いて、高温でのガウス鎖状態から、まず電離したポリマー自身のクーロン斥力による伸長がみられ、その後カウンターイオンとの結合のためポリマーの凝集が見られる。大きな価数をもつカウンターイオンの場合だけでなく一価のイオンの場合にも、中性化したポリマーでの双極子相互作用の効果によると考えられる凝集が見つかった。また、多価のイオンを用いた場合にはその価数に応じて強い凝縮を起こすことを見出した。さらに、ポリマーが凝集する際に、その価数以上のイオンを含めて凝集することも見つかり、溶液における電解質除去の新しい方法の可能性を与えるものとして研究を進めている。また、エンロピーが熱力学的な相の形成にあたってどのような効果をもたらすかについて、複雑な縮退構造をもつ秩序変数をもつ系での相転移についても研究を進めた。二次元とは異なり、三次元では、二つの基底状態が互いに混ざりあった混合相が熱力学的な相として安定に存在することを明かにし、電解質ポリマーでは温度とカウンターイオンの価数という二つのパラメターがあり、それぞれが凝集形態の制御に重要な役割をするが、今のところそれらを組み合わせた一つのスケーリングパラメターを用いて現象を解析しているが、それぞれの個性についても今後明らかにしていきたい。

研究成果

• [文献書誌] S.Miyashita, K.Saito: "Real time scale simulation for quantum processes in dissipative environments"Physica B. 329. 1142-1143 (2003)
• [文献書誌] K.Saito, S.Miyashita: "Enhancement of the thermal conductivity in the Spin-Peierls system"Physica B. 329. 876-877 (2003)
• [文献書誌] S.Miyashita, A.Ogasahara: "Effects of Dzyaloshinsky-Moriya interaction on ESR of Shastry-Sutherland model"Journal of the Physical Society of Japan. 72 9. 2350-2356 (2003)
• [文献書誌] S.Miyashita, H.De Raedt, K.Michielsen: "Directionally independent energy gap formation due to the hyperfine interaction"Progress of theoretical physics. 110 5. 889-899 (2003)
• [文献書誌] M.Nishino, K.Boukheddaden, S.Miyashita: "Arrhenius Monte Carlo study of two-step spin crossover : Equilibrium and relaxation paths"Physical review B. 68 22. 224402-1-10 (2003)
• [文献書誌] Y.Yamada, N.Todoroki, S.Miyashita: "Theory of ferromagnetic phase transition in SrTiO_3 isotope replasement"Physical review B. 69. 024103-024111 (2004)