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2021 年度 実績報告書

液晶配向場のトポロジー制御による多安定性スイッチングと機能開拓

研究課題

研究課題/領域番号 19H02581
研究機関大阪大学

研究代表者

吉田 浩之  大阪大学, 大学院工学研究科, 講師 (80550045)

研究分担者 鍛冶 静雄  九州大学, マス・フォア・インダストリ研究所, 教授 (00509656)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2023-03-31
キーワード液晶
研究実績の概要

液晶は広くディスプレイに用いられる棒状の分子材料であり、通常は2枚のガラス基板の間に保持される。ディスプレイ中では液晶分子は比較的広い面積で一様に配向しているが、本研究では、基板界面において液晶分子の配向方向をパターン化することで新機能創出を目指した。特に、液晶配向場のもつトポロジーに着目し、配向場が局所的に強く歪んだソリトン構造を任意に生成・安定化することで多安定的に制御する機構の確立を目指した。本年度の主たる成果として、以下の成果が得られた。
(1)配向場のトポロジー設計と多安定スイッチングの実証:昨年発見した、安定化されたヘッジホッグ構造(トポロジカルソリトン)について、数十μmの周期をもつアレイを形成できることを見出した。ヘッジホッグアレイの近傍において液晶相転移を観察すると液晶の相転移温度が変化していることを確認することで、トポロジカル欠陥の存在がバルク形成した液晶に影響を及ぼすことを見出した。
(2)欠陥における特異な物質相互作用の調査:液晶における特異な物質相互作用の調査を目指し、液晶性の色素に加え、光照射によって呈色するフォトクロミック材料に着目した。既存のフォトクロミック材料は液晶に高い相溶性を示さないが、分子構造設計によりフォトクロミック性を示しながら液晶性を示す材料の開発に成功し、ミクロな物性評価に向けた足がかりを得た。
(3)トポロジカル欠陥ネットワークとして存在するブルー相液晶と呼ばれる液晶材料において、双晶が発現することを発見し、その基礎特性について明らかにした。

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

本研究ではサンドイッチガラスセル構造をもつ液晶素子の界面配向方位を制御することで、分子配向場のソリトン構造を制御する機構の確立を目指している。本年度は、昨年度発見したウォール構造中のヘッジホッグ構造(トポロジカル欠陥)について、周期的なアレイを形成する手法を見出し、その近傍で液晶の相転移点が変化する知見を得ることができた。アレイ化により広い面積で液晶の特異構造を形成することが可能となり、応用の可能性を広げるものである。このことから、研究はおおむね順調に進んでいると判断する。

今後の研究の推進方策

・ヘッジホッグの微細構造について実験と理論の側面から理解を深め、さらに電界印可時の応答なども調査する。
・異物質との相互作用など、物性への影響の観点から研究を進める。
・観測された現象の制御を通し、デバイス応用の可能性を探る。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (6件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件)

  • [国際共同研究] 台北国立科技大学(その他の国・地域)

    • 国名
      その他の国・地域
    • 外国機関名
      台北国立科技大学
  • [国際共同研究] ボルドー大学(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      ボルドー大学
  • [雑誌論文] Probing a microviscosity change at the nematic-isotropic liquid crystal phase transition by a ratiometric flapping fluorophore2022

    • 著者名/発表者名
      Kimura Ryo、Kitakado Hidetsugu、Yamakado Takuya、Yoshida Hiroyuki、Saito Shohei
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 58 ページ: 2128~2131

    • DOI

      10.1039/D1CC06111A

  • [雑誌論文] Tunable polarization volume gratings based on blue phase liquid crystals2022

    • 著者名/発表者名
      Cho SeongYong、Yoshida Hiroyuki、Ozaki Masanori
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 30 ページ: 1607~1607

    • DOI

      10.1364/OE.448301

  • [雑誌論文] Generation of a focused optical vortex beam using a liquid crystal spiral zone plate2022

    • 著者名/発表者名
      Tsukamoto Yuji、Yoshida Hiroyuki、Ozaki Masanori
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 30 ページ: 8667~8667

    • DOI

      10.1364/OE.451293

  • [雑誌論文] Remarkable Increase of Fluorescence Quantum Efficiency by Cyano Substitution on an ESIPT Molecule 2-(2-Hydroxyphenyl)benzothiazole: A Highly Photoluminescent Liquid Crystal Dopant2021

    • 著者名/発表者名
      Sakurai Tsuneaki、Kobayashi Masaya、Yoshida Hiroyuki、Shimizu Masaki
    • 雑誌名

      Crystals

      巻: 11 ページ: 1105~1105

    • DOI

      10.3390/cryst11091105

  • [雑誌論文] In Situ Optical Characterization of Twinning in Liquid Crystalline Blue Phases2021

    • 著者名/発表者名
      Zhang Yuxian、Yoshida Hiroyuki、Cho SeongYong、Fukuda Jun-ichi、Ozaki Masanori
    • 雑誌名

      ACS Applied Materials & Interfaces

      巻: 13 ページ: 36130~36137

    • DOI

      10.1021/acsami.1c06873

  • [雑誌論文] Generation of coaxial vortex beams with doubled topological charges using a stacked liquid crystal structure2021

    • 著者名/発表者名
      Tsukamoto Yuji、Yoshida Hiroyuki、Ozaki Masanori
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 60 ページ: 120906~120906

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac3182

  • [学会発表] Chiral Volume Holograms Obtained by Alignment Control of Blue Phase Liquid Crystals2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Yoshida, SeongYong Cho, Jun-ichi Fukuda, and Masanori Ozaki
    • 学会等名
      The 21st International Meeting on Information Display (IMID 2021)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Optical characterization of the (211) twin in choelsteric blue phase I2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Yoshida, Yuxian Zhang, SeongYong Cho, and Masanori Ozaki
    • 学会等名
      Optics of Liquid Crystals 2021 (OLC 2021)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ネマティック液晶のツイストウォールを利用した点欠陥の生成2021

    • 著者名/発表者名
      中山雄介、吉田浩之、鍛冶静雄、横山知郎、尾﨑雅則
    • 学会等名
      日本物理学会 2021年秋季大会

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公開日: 2023-12-25  

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