2017 Fiscal Year Annual Research Report
粗視化分子モデルを用いたキラル液晶相の安定化メカニズムの解明
| Project/Area Number |
16J06012
|
|---|
| Research Institution | Keio University |
|---|
Principal Investigator |
野澤 拓磨 慶應義塾大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC1)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2016-04-22 – 2019-03-31
|
| Keywords | 分子シミュレーション / 相転移 / 液晶 / キラリティ |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，キラリティが誘起するナノ構造液晶の特性を分子レベルで明らかにし，次世代の液晶デバイスの開発の設計指針を示すことを目的としている。今年度は，昨年度作成したモンテカルロシミュレーションコードを用いて，キラル液晶分子の相互作用の異方性が温度相転移の挙動に与える影響を調べた。液晶の粗視化モデルとしてよく用いられるGay-Berneモデル採用し，Gay-Berneの力場パラメータを調整することで，長軸方向の液晶分子間の相互作用の強さを変化させ，キラル液晶の相転移挙動に与える影響を調べた。結果として，長軸方向の分子間相互作用が強くなった場合，コレステリック相-等方相の転移温度が高くなるが，スメクチック相-コレステリック相の転移温度は変わらないことが明らかになった。これによって，液晶分子の長軸方向の相互作用を調整することで，コレステリック相の安定化する温度領域をコントロールすることが出来る可能性がある事が示された。上述の結果を国際会議に3件報告した。また，研究内容をより発展させるため，2017年の7月にはImperial College LondonのGeorge Jackson教授（イギリス・ロンドン）TU BerlinのMartin Schoen教授(ドイツ・ベルリン)らと，研究のディスカッションを行った。上記の研究結果を纏めた論文を投稿準備中である。これらの研究実績に加えて，実在分子に近いAtomisticなモデルを用いたシミュレーションを高速に行うための研究を行い，研究結果を国際学術に1件報告した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度から引き続き行っているシミュレーションの結果を纏めて国際論文に投稿を行っているが，論文へのレビュー及び先行文献の調査の結果，システムサイズ，分子間相互作用及び周期境界条件の取扱いに問題があることが判明した。そこで，今年度は計算条件とコードの改良を行い，再度シミュレーションを行う必要があった。現在は，得られた結果を再度纏めて論文投稿の準備を進めている段階である。また，研究を進める中で実在分子に近いAtomisticなモデルを用いたシミュレーションの必要性があることが明らかになってきた。分子シミュレーションにおける計算量は，モデルの点電荷数に大きく依存するため，多くの点電荷を持つAtomisticなモデルを用いた分子シミュレーションは非常に困難である。そこで，Isotropic Periodic Sum (IPS)法と呼ばれる高速に点電荷同士の相互作用を計算する手法を，高度な並列計算が実行可能な分子動力学シミュレーションソフトウェアGromacsに実装し，大規模な分子シミュレーションを行うための研究を行った。 Gromacsでは点電荷はいくつかのグループに単位で計算されるが，前述のIPS法において，このような処理が与える影響は明らかでないため，精度が保証されないという問題があった。そこで，本研究では，Gromacs上でIPS法を用いた場合の精度検証を行った。結果として，近年開発されたIPS法の改良版であるLIPS法を用いれば，Gromacs上でも十分な精度で分子系の計算が可能であることが明らかとなった。上述の結果を査読付き国際学術誌に1件報告した。現在共著論文をさらに１本投稿中である。
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後は主に以下の２つの方針で研究を進める予定である。まず１つ目は，昨年度から行っている粗視化分子シミュレーションを用いて，キラルな液晶分子の短軸方向の相互作用の強さやダイポール強度を変えた場合の相転移挙動を調べる。２つ目は，大規模な並列計算とIPS法を用いて，より実在分子に近いAtomisticなモデルの分子動力学シミュレーションを行い，分子構造と液晶の相転移構造の関係をより詳細に調べる。得られた知見についてをそれぞれ学術論文に纏めて国際学術誌に投稿する。
|
