Dissipative structures in the non-equilibrium dynamics of chiral liquid crystal droplets

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本研究では等方相中に分散したキラルな液晶滴の散逸構造について研究した。キラル液晶試料を液晶-等方相共存相温度に置くと、等方相中に自発的にキラル液晶滴が等方相中に分散する。このキラル液晶滴に熱流を印加すると、熱流が散逸する過程で液晶滴の一方向回転が駆動される。2022年度はキラルな液晶滴の熱駆動一方向回転を利用してMicro electromechanical systems (MEMS)デバイスからの微小な熱流を検出するメカニズムを提案した。MEMSデバイスを駆動すると、入力した電力の一部が熱として散逸する。MEMSデバイスのミクロな性質において重要な熱分布を可視化するために、キラル液晶滴を利用したメカニズムを提案した。等方液体相中に分散したキラル液晶滴に熱流を印加すると、熱流量に比例した角速度で一方向に回転する。このサーモメカニカル交差相関を熱流の検出原理として利用するために、キラル液晶滴の熱流-トルク変換効率を定量的に調べた。金ナノ薄膜をパターニングしたモデルデバイス上にキラル液晶滴を導入しキラル液晶滴の回転挙動を観察した。金ナノ薄膜に電流を印加すると、キラル液晶滴は金ナノ薄膜から発生した熱流を感知し一方向に回転する。キラル液晶滴のマイクロ熱流検出について、熱流検出の分解能を定量的に評価した。その結果、本研究で提案したキラル液晶滴を用いるメカニズムを利用するとMEMSデバイスからの微小な熱流を、高い空間分解能と高い熱流検出精度を両立して、マルチスケールで検出できることが明らかになった。