液晶分子の構造変化を動画で観測―1兆分の1秒単位の速い動きも：岡山大学/京都大学/筑波大学ほか
(2017年11月30日発表)
岡山大学、筑波大学など4大学は11月30日、テレビなどの画像表示用に使われている液晶分子の速い動きを１兆分の１秒単位の動画像として観測することに成功したと発表した。新しい液晶材料のほか光の蓄積・伝送などが可能な光機能性分子材料の開発や、光に反応する生体分子の構造解明にも役立つという。
研究グループには、岡山大の羽田真毅助教と林靖彦教授、筑波大の重田育照教授ほか、京都大学、九州大学の研究者が参加した。
液晶は電圧で分子の配列方向を変化させ光の透過・遮断を制御でき、液晶表示装置はこの性質を利用して動画を表示する。液晶分子の立体構造や動作を解明できれば、より高機能で多様な液晶材料の開発もできると期待されているが、これまで液晶分子の高速の動きを直接観測する手段がなかった。
そこで研究グループは二種類の分析技術を組み合わせ、光を照射したときに生じる液晶分子の動きを直接観測することを試みた。液晶分子の周期構造が瞬間的にどう変化するかをとらえられる電子線回折法と、分子構造の変化を分子振動からとらえられる時間分解赤外分光法の二つだ。
実験では、液晶分子の構造を一部変えた「π拡張シクロオクタテトラエン誘導体」に紫外線を照射、新手法で観測した。その結果、液晶分子の構造の一部で、特に高速で動くために観測が難しいとされてきた「メソゲン」と呼ばれる部分の動きを直接観察することに成功。分子構造が１兆分の１秒程度の間に変化することを突き止めた。
このような液晶分子の動きは1972年から理論的に予測されており、今回の実験でそれを直接裏付けた結果になったという。また、筑波大で実施したコンピューターによる理論計算結果とも一致した。
今回の成果について、研究グループは「光機能性分子材料の設計指針に重要な知見を与える」として、液晶のほか小さな分子がつながった高分子やゲル、生体分子、粘土などのソフトマテリアルの構造決定でも革新的な手法になると期待している。
