液晶分子に光照射、応答速度は想定の1万倍以上だった――分子ロボットなどへの応用に期待

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本研究で観測されたアゾベンゼン分子の集団運動

筑波大学と東京大学は2019年9月13日、液晶の中にあるアゾベンゼン分子に光を照射し、100億分の1秒で集団的に運動する現象を初めて観測することに成功したと発表した。

アゾベンゼン分子は光を当てると1兆分の1秒程度で変形すると報告されている。だが従来は、液晶中のような分子集団中においては応答速度が100万分の1秒よりも遅くなると考えられていた。

筑波大学と東京大学、そして岡山大学、東京工業大学の研究者らがつくる研究チームは、1兆分の1秒の時間分解能と原子空間分解能をあわせ持つ超高速時間分解電子線回帰法を用いてアゾベンゼン分子を観測。液晶中のアゾベンゼン分子が100億分の1秒の応答速度で集団的に運動することを突き止めた。

さらに、アゾベンゼン分子がスメクティック液晶相という層状で分子が一方向に並んだ状態になっていることを確認。当てる光の偏光方向、つまりアゾベンゼン分子が曲がる方向へと、分子の配列を狙ったとおりにそろえられることも確認できた。

分子は多数集まることで、分子1つ1つでは考えられないような機能や性質を示すことがあり、これを分子機能集合体と言う。今回の研究結果については、光スイッチや光センサーなど、従来よりも1万倍以上高速な応答速度を持つ光駆動型の液晶素子への応用につながる可能性がある。さらに、分子ロボットや人工組織など、光を用いた分子機能集合体にも応用できると期待されている。

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