| 研究課題/領域番号 |
21H01801
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 研究機関 | 国立研究開発法人理化学研究所 |
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研究代表者 |
荒岡 史人 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, チームリーダー (10467029)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| キーワード | 液晶 / 強誘電体 / 有機機能材料 / X線構造解析 / 非線形分光 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、強誘電性ネマチック液晶DIOについて、共鳴X線散乱(RSoXS)を利用した微小スケールの極性ゆらぎの捕捉測定を確立し、これにより粘弾性に起因する配向揺らぎや、局所的な弾性変形などの時空間的な構造を捉えることを目的としている。初年度である本年度は、分子科学研究所UVSORのシンクロトロンによる軟X線を用いて、共鳴軟X線実験(RSoXS)の構築を行った。本研究で扱う液晶は室温から200℃程度までの高温が必要であるため、このための特別な加熱システムを備えた真空チャンバーが必要であるため、この設計から始め、測定まで到達することができた。またこれと並行して、放射光施設Spring-8における高強度X線を利用し、非共鳴の小角X線散乱測定を行った。これにより、サイボタクチック・クラスターという層状の分子ナノ構造が分散した状態であることが明らかとなった。この構造解析を詳細に行った結果を論文に執筆し、現在投稿中である。また、次年度以降に、二重共鳴和周波発生法(SFG)による分極可視化を行ってゆく予定であるが、本年度は、このための光学測定系構築の準備も一部行った。これら分光手法、RSoXS測定に加えて、動的光散乱測定やフレデリクス転移法などによって弾性と分極の結合状態を明らかにしてゆく予定である。
以上に加えて、応用物性を探求する試みも行った。強誘電性ネマチック液晶にキラリティを導入することで世界で初めて強誘電性コレステリック液晶を実現し、通常とは異なる構造的性質を明らかにするとともに、高速の電気光学変調動作を示した。また、強誘電ネマチック液晶に新規に分子設計した光応答性アゾ色素を混合させることで、可視光に応答し誘電率を二桁も変化させる材料の開発に成功した。これを用い、光により可変する「光コンデンサー」を実現した。以上を論文に執筆し、国際論文誌にて成果報告している。
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| 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
本年度は本研究課題の初年度であり、実験準備・開始に主要な時間を割いた。当初の予定通り、分子科学研究所UVSORのシンクロトロンによる軟X線を用いた共鳴軟X線実験(RSoXS)の構築作業を重点的に行った。特別な加熱システムを備えた窓付きの真空チャンバーを設計し、強誘電性ネマチック液晶の発現温度である室温から200℃程度までの高温に保持しながら測定する系を構築し、実際に測定できる段階まで到達することができた。引き続き、これを活用した構造解析を次年度以降に行ってゆくことに加え、Spring-8を活用した構造解析も行ってゆく予定である。
また、二重共鳴和周波発生法(SFG)による分子の自発分極分布の可視化を行うため、光学測定系構築の準備も一部行った。こちらは2年目~4年目以降が主な実行年度と予定しているが、概ね順調に推移していることから、次年度下半期以降には測定が開始できる見込みである。加えて、3年目~4年目に予定している動的光散乱測定やフレデリクス転移法などの光学測定系も構築を一部行っており、推移は概ね順調であるといえる。
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| 今後の研究の推進方策 |
初年度は概ね予定通りに推移し、共鳴X線散乱(RSoXS)による構造解析、二重共鳴和周波発生法(SFG)による分子分極の可視化ともに実験準備を順調に進めている。RSoXSについては、２年度目以降の計画に則り、本年度準備をした装置を活用し構造解析を行ってゆくことを予定している。SFGについては、2年目~4年目以降が主な実行年度と予定しており、概ね順調に推移していることから、次年度下半期以降には測定が開始できる見込みである。加えて、3年目~4年目に予定している動的光散乱測定やフレデリクス転移法などの光学測定系も構築を一部行っており、推移は概ね順調である。以上から、次年度以降も当初の研究計画どおり、 [共鳴X線散乱によるナノスケールの極性ゆらぎの捕捉：1年目~３年目] 、[二重共鳴和周波発生法による分子と極性構造の相関解明：２年目~４年目]、 [分極安定化機構の物理的記述：３年目~４年目]を継続してゆく予定である。
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