岡山大と京大など、1兆分の1秒の時間スケールで動く液晶分子の直接観察に成功

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岡山大学は2017年11月30日、京都大学、筑波大学、九州大学と共同で、これまでにない計測・解析手法を用いて、液晶分子に紫外線光を当てて分子が動く様子を直接観察することに成功したと発表した。同研究手法は液晶分子やソフトマテリアルの構造決定を革新する測定・解析手法として応用が期待できるとしている。

液晶分子は、液晶ディスプレイなどに広く産業利用されている。液晶中の分子は高速で動くことができるため、非常に速い信号もディスプレイに表示できる。この液晶分子の立体構造を決定し、その機能の元となる分子運動を理解することで、さらに高精度かつ広範囲な液晶材料を開発できると期待されていた。

液晶分子の構造は一般に、光を吸収して応答を起こす「メソゲン」と呼ばれる中心部分と、光応答を生じない運動性や柔軟性に寄与する「炭素鎖部分」に分けることができる。メソゲンの構造を理解する方法としてはX線回折法が利用されてきたが、液晶中の炭素鎖に埋もれたメソゲンの高速な動的挙動を直接的に構造解析する手法は存在せず、新しい手法の確立が求められてきた。

同研究グループは、光照射によって生じる瞬間的な分子の周期構造の変化を直接的に観測できる「時間分解電子線回折法」と、光照射によって生じる瞬間的な分子構造の変化を分子振動から観測する「時間分解赤外分光法」を組み合わせるという、これまでにない手法を用いて液晶分子の構造解析と動的挙動の直接観察を行った。

また、光照射後1~100ピコ秒程度の時間スケールで発現する励起状態芳香族性を観測したとしており、理論計算でその妥当性を確認したことは、この物質を基にした光機能性分子材料の設計方針に重要な知見を与えるものとしている。

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