Study of unique structures and their formation processes formed by patchy particles-effects of anisotropies of interaction and particles shape

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パッチ粒子は，パッチ由来の異方的相互作用により特異な構造を形成し，フォトニック結晶などの素材として期待されている。本研究では，将来の材料として活用するための巨大良質結晶の作成を目指し，パッチによる相互作用の異方性と粒子の非球形に由来する異方性の効果を，シミュレーションと実験により明らかにすることを目的とする。本年度は，シミュレーションにおいては，1)壁面上でのパッチ粒子の２次元的秩序過程の形成と関連して，３次元空間内に分布する粒径が違う２種類の粒子が，壁面上に形成する秩序構造について調べた。パッチ粒子のポテンシャルとしてよく使われるKern-Frenkel型のポテンシャルにおいては，距離依存性が井戸型ポテンシャルとなっている。この井戸型ポテンシャルの相互作用を調べるのを目的として，実験でも良く調べられており，なおかつパッチ粒子よりも簡単な相互作用で記述される粒径の違う２種類のコロイド粒子が作る合金構造を念頭において調べたものである。その結果，井戸型ポテンシャルでは実験を良くは記述できないことがわかった。パッチ粒子においても動径方向の依存性を再度検討しないと実験との比較が難しい可能性が分かった。また，(2) 2つの異なるサイズのパッチを持つパッチ粒子が作る２次元秩序構造についても調べた。特に異なるパッチ間では引力が働かないとしてシミュレーションを行った。パッチのサイズ及び引力の強さを変えてどのような構造ができるか調べることで，１２回転準結晶構造ができることが分かった。(3)実験においては，パッチ粒子の結晶化の素過程を調べる前段階として，枯渇引力を引力起源とする等方的なコロイド粒子の結晶化の素過程を調べた。