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2013 年度 実施状況報告書

空間的拘束下でフラストレートした液晶の秩序形成とダイナミクス

研究課題

研究課題/領域番号 25400437
研究種目

基盤研究(C)

研究機関独立行政法人産業技術総合研究所

研究代表者

福田 順一  独立行政法人産業技術総合研究所, ナノシステム研究部門, 主任研究員 (90392654)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード液晶 / キラリティ / 連続体シミュレーション / 欠陥 / 溝 / コレステリックブルー相 / 電場応答
研究概要

平行平板間の薄い空間に閉じ込められたキラル液晶について,実際の実験に近い表面配向条件(アンカリング)のもとでどのような秩序構造を形成するかを連続体理論に基づく数値計算によって検討し,これまで検討を行った別種のアンカリングのもとで生じる欠陥構造のみならず,バルクのコレステリックブルー相の構造に比較的類似した別の構造が,適切な温度や平行平板間距離のもとで生じることを見いだした.またそれらの秩序構造の光学的性質(より具体的には,光がどのように反射されるか)を平面波展開を用いた数値計算によって調べ,実験によって得られた性質をよく再現できることがわかった.
また,コレステリックブルー相を示す液晶からなる平行平板セルの電場応答のダイナミクスについても検討を行なった.液晶という非一様非等方な媒質中の静電ポテンシャルに関するPoisson方程式を効率よく解くスキームを開発し,櫛場電極が生成する面内方向かつ非一様性の強い電場下におけるコレステリックブルー相液晶の振る舞いを数値的に調べ,電場のセル厚方向の非一様性に起因した応答の強い空間依存性を明らかにした.
その他の問題として,サイン波状の溝中に液晶を閉じ込めた際に生じるジグザグ状の線欠陥が,キラリティを有する物質の溶け込みによってどのように構造を変化させるかを簡単なモデルに基づいて調べ,実験的に見いだされたジグザグの非対称な振る舞いを良く再現することを見いだした.

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

コレステリックブルー相液晶セルの電場応答のダイナミクス,薄い液晶セルにおける特異な秩序構造,および溝中に拘束された液晶の欠陥構造の振る舞いいずれの問題についても興味深い知見をえて一定の成果を挙げつつある.

今後の研究の推進方策

溝中の液晶が形成する秩序構造をより精密かつ効率よくシミュレートできる計算スキームの開発を急ぎ,その定量的な理解につながるシミュレーションを行う.また薄い平行平板間に生じる秩序構造については,構造転移のメカニズムの解明につながる数値計算を行うとともに,光学計算で用いた計算スキームの改良と,液晶中に生じる異なる秩序構造への適用を行う.

次年度の研究費の使用計画

研究遂行のための計算機の購入を検討していたが,残額を無理に利用して本年度中に計算機を購入するよりも,次年度の予算を足して次年度初頭に計算機を購入した方が費用対効果の観点から優れていると考えたため.
計算機の購入に用いる

  • 研究成果

    (17件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件) 学会発表 (10件) (うち招待講演 5件)

  • [雑誌論文] Exotic Defect Structures and Their Optical Properties in a Strongly Confined Chiral Liquid Crystal2014

    • 著者名/発表者名
      J. Fukuda and S. Zumer
    • 雑誌名

      Molecular Crystals and Liquid Crystals

      巻: in press ページ: in press

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photonic band structure and transmission analysis of cholesteric blue phase II: electrostriction in the [100] direction2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Ogawa, J. Fukuda, H. Yoshida and M. Ozaki
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 22 ページ: 3766-3772

    • DOI

      10.1364/OE.22.003766

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Interaction of small spherical particles in confined cholesteric liquid crystals2014

    • 著者名/発表者名
      B.I. Lev, J. Fukuda, O.M. Tovkach, and S.B. Chernyshuk
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 89 ページ: 012509(1-11)

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.89.012509

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Simulation of the switching dynamics of a cholesteric blue phase cell by an inhomogeneous in-plane field2014

    • 著者名/発表者名
      J. Fukuda
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 53 ページ: 010301(1-3)

    • DOI

      10.7567/JJAP.53.010301

    • 査読あり
  • [雑誌論文] サイン波状境界によって誘起される液晶微細構造2014

    • 著者名/発表者名
      大園拓哉,福田順一
    • 雑誌名

      液晶

      巻: 18 ページ: 25-32

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Peculiarity of the interaction of small particles in smectic liquid crystals2013

    • 著者名/発表者名
      O. M. Tovkach, Jun-ichi Fukuda, and B. I. Lev
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 88 ページ: 052502(1-7)

    • DOI

      10.1103/PhysRevE.88.052502

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Finite-Difference Time-Domain Analysis of Cholesteric Blue Phase II using the Landau-de Gennes Tensor Order Parameter Model2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Ogawa, J. Fukuda, H. Yoshida, A. Fujii and M. Ozaki
    • 雑誌名

      Optics Letters

      巻: 38 ページ: 3380-3383

    • DOI

      10.1364/OL.38.003380

    • 査読あり
  • [学会発表] 薄いキラル液晶セルの特異な秩序構造の光学的性質

    • 著者名/発表者名
      福田順一, Slobodan Zumer
    • 学会等名
      日本物理学会第69回年次大会
    • 発表場所
      東海大学湘南キャンパス
  • [学会発表] 液晶の秩序構造形成の連続体シミュレーショ

    • 著者名/発表者名
      福田順一
    • 学会等名
      東北大学 金属材料研究所 HPCI 計算材料科学研究拠点(CMRI), CMSI 教育拠点 東北大学, 教育・人材育成 配信セミナー 「マルチスケールの計算材料科学」
    • 発表場所
      東北大学
    • 招待講演
  • [学会発表] 複雑な内部構造をもつ液晶セルの連続体シミュレーション

    • 著者名/発表者名
      福田順一
    • 学会等名
      第6回産総研ナノシステム連携促進フォーラム
    • 発表場所
      秋葉原
  • [学会発表] 薄いキラル液晶セルが示す秩序構造の光学的性質

    • 著者名/発表者名
      福田順一, Slobodan Zumer
    • 学会等名
      第3回ソフトマター研究会
    • 発表場所
      首都大学東京
  • [学会発表] Landau-de Gennes理論による液晶配向のモデリングの基礎と応用

    • 著者名/発表者名
      福田順一
    • 学会等名
      大阪大学大学院 工学研究科 電気電子情報工学専攻 教育プログラム
    • 発表場所
      大阪大学
    • 招待講演
  • [学会発表] Exotic defect structures and their optical properties in a strongly confined chiral liquid crystal

    • 著者名/発表者名
      Jun-ichi Fukuda, Slobodan Zumer
    • 学会等名
      Optics of Liquid Crystals 2013
    • 発表場所
      ハワイ(アメリカ)
    • 招待講演
  • [学会発表] 薄いキラル液晶セルが示す特異な秩序構造の光学的性質

    • 著者名/発表者名
      福田順一, Slobodan Zumer
    • 学会等名
      2013年日本液晶学会討論会
    • 発表場所
      大阪大学豊中キャンパス
  • [学会発表] コレステリックブルー相液晶セルの電場応答のシミュレーション

    • 著者名/発表者名
      福田順一, Slobodan Zumer
    • 学会等名
      2013年日本液晶学会討論会
    • 発表場所
      大阪大学豊中キャンパス
  • [学会発表] Exotic defect structures in a strongly confined chiral liquid crystal

    • 著者名/発表者名
      Jun-ichi Fukuda, Slobodan Zumer
    • 学会等名
      Workshop ``Liquid crystal defects and blue phase structure; elastomers and related systems''
    • 発表場所
      ケンブリッジ(イギリス)
    • 招待講演
  • [学会発表] コレステリックブルー相液晶セルの連続体シミュレーション

    • 著者名/発表者名
      福田順一
    • 学会等名
      第24回FPD設計技術研究会
    • 発表場所
      秋葉原
    • 招待講演

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公開日: 2015-05-28  

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