大きな双極子モーメントを有する棒状分子における極性液晶構造の形成メカニズム

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ヒドロキシ安息香酸とヒドロキシナフトエ酸からなるランダム共重合体(poly(HBA/HNA))は等方液体状態とならない。そこで、ヒドロキシ安息香酸の2位に長鎖アルキル基を導入したポリマーを新たに合成し、その相転移挙動を調査した。その結果、分子量20000程度の試料で等方相-ネマチック-スメクチック相転移を確認した。長鎖アルキル基の効果のために、分子は自発的に配向し、分子軸はガラス基板に対して垂直となることをSHG測定により明らかにした。このポリマーは本研究の当初の目的を達成するものであるが、分子軸方向の自発的配向の効果と極性構造の発現とがSHG測定だけでは切り離して議論できない。反射X線回折法で基盤表面での分子の配向を評価し、SHG測定と組み合わせることで、本研究の目的が達成できる。ポリグルタメートおよびポリアスパルテートを高電場下で希薄溶液からキャストしたフィルムのSHG強度偏向角依存性から極性構造の対称性を議論した。その結果、X線回折から求まる2次元格子の対称性と極性構造が対応すること、C6あるいはC4対象性のχテンソルの2つの成分の比がポリペプチドヘリックスの種類(α、ω)で異なることを明らかにした。分子軸(双極子モーメント方向と一致)に垂直に振動するレーザー光を入射したときに分子軸方向に最も強いSHGを発生するという、poly(HBA/HNA)とは全く異なったSHG強度偏向角依存性を示した。超分子分極率に寄与するエネルギーの低い遷移モーメントの方向が分子軸の垂直方向にあるのに対し、超分子分極率テンソルが分子軸方向にあるという量子化学計算の結果で、この現象を理解した。