Numerical study on ferroelectric nematic liquid crystal of rod molecules

点击翻译按钮获取中文摘要

近年実現され、活発に研究がなされている強誘電性ネマチック相の発現機構を解明すべく、数値シミュレーションを用いた研究を行っている。R4年度は、強誘電性の相発現が示唆されている液晶性分子DIOを対象とした。量子化学計算ソフトGaussianを用い電子密度を求め、原子ごとにRESP電荷を計算しさらにGAFF場を使い分子力場を決める。汎用分子動力学ソフトGROMACSを使い、数千分子からなる系の分子動力学シミュレーションを行った。高温の等方相から冷却するとネマチック相が形成される。通常のネマチック相では棒状分子の方向は揃っているが、頭尾の向きはばらばらで強誘電秩序は見られない。さらに冷やすと、計算時間不足の問題か、まだマクロな強誘電秩序の発現は観測できていないものの、局所的な強誘電秩序が観測された。ネマチック相内で頭尾が揃った分子どうしが凝集し、それぞれが液晶相の配向場に沿ってストライプ状に分布する。分子の二体分布関数や、配向相関分布を調べたところ、通常のネマチック相では近接する２つの分子は頭尾が逆に向くと考えられているが、このDIO分子では、近接した分子は頭尾が揃った向きを取る傾向が強いことが分かった。そのストライプパターンの分布幅など、系の物性値が平衡に至っているかどうかについては、系の大きさや計算時間を増やすなどして今後の検討が必要である。また、分子の頭尾で非対称な形が強誘電秩序の発現に必要であると主張する先行研究がある。これを検証するために、DIO分子の電荷を０にして数値計算を行ったところ、強誘電秩序の形成が抑制されることが分かった。このことは分子の形だけでなく電荷の分布が、強誘電秩序の発現に大きく寄与していることを表している。今後は、系のサイズや電荷の分布を改善することで計算の精度の向上に努めるとともに、他の分子系での振る舞いについて検討を行いたい。