強誘電リキッドマターの学理探求：物理・化学的性質の解明と機能応用

2021 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19K15438
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分29010:応用物性関連
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 西川 浩矢 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 特別研究員 (50835519)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 強誘電性ネマチック / フェロネマチック / 巨大分極 / トポロジー / フォトコンデンサ / キャパシタ / 極性らせん構造

研究成果の概要

強誘電性ネマチック（NF）材料がもつ特徴（流動性・トポロジー・分極）に着目し、極性らせん構造の創製や、巨大分極特性を利用した素子（フォトコンデンサ）の創製に成功した。極性らせん構造は、局所的なネマチックディレクターの対称性が破れた極性トポロジー構造を有することや、電場印加によって半ピッチ・全ピッチ構造を高速にスイッチできることを実証した。一方で、NF材料と光応答剤を組み合わせたフォトコンデンサにおいて、青色光と緑色光を交互照射することでN相とNF相をスイッチし、その結果、遠隔かつ高速（< 30 s）に誘電率を200から18000まで大変調（100回以上繰り返し可能）できることを実証した。

自由記述の分野

液晶化学、強誘電材料、有機合成化学

研究成果の学術的意義や社会的意義

巨大分極特性（誘電率、自発分極）に加え高い流動性をもつユニークな性質を伴う強誘電性ネマチック（NF）材料は国内外で多くの関心を集めている。本研究では、NF材料において、流動性・トポロジー・分極の相互関係と強誘電発現起源の相関理解に取り組み、極性トポロジーが織り成す新規構造（極性らせん構造）の創製・機能評価や、巨大分極特性を利用した革新的機能性マテリアル（フォトコンデンサ）の創製に成功した。本成果により、NF材料は既存材料の常識を覆すポテンシャルをもつことを実証した。強誘電発現起源のさらなる深化により、NF材料の自在設計が可能となり、学術分野ならびに産業分野全体に波及効果をもたらすと確信する。