液晶における自発秩序形成メカニズムに関する分子シミュレーション解析

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本研究では、1.反強誘電性液晶分子のコンホメーション特性を分子軌道法計算(MO)および分子動力学計算(MD)を用いて明らかにするとともに、2.ネマチック液晶における電場配向ダイナミクスを平均場理論により解析し、3.さらにその分子レベルの素過程をモンテカルロ(MC)シミュレーション解析により明らかにした。その概要は以下の通りである。1.反強誘電性液晶は、次世代の液晶表示材料として大きな注目を集めているが、そのコンホメーション特性についてはいまだに十分な知見が得られていない。本研究で明らかにした反強誘電性液晶分子のコンホメーションは、アルキル鎖が分子軸に対して直角に屈曲した状態に対応しており、単結晶のX線解析の結果を再現する。この屈曲構造はα位置換の不斉鎖をもつ強誘電性および反強誘電性液晶に一般的な構造であると結論された。2.平均場理論に基づく4×4マトリックス理論を用いて、ネマチック液晶分子の電場配向ダイナミクスを定量的に評価する新しい解析法を確立した。本解析法の採用により、(1)基板表面からバルク領域に至る分子配向状態の連続評価、(2)アンカリング層の厚さと構造(プレチルトの起源)の評価、(3)その電場応答ダイナミクスの解析など、ネマチック液晶の界面配向特性とその時間変化を明らかにすることが可能となった。3.上記の解析で得られた転移ダイナミクスについて、さらにMCシミュレーションを行い、転移のメカニズムを分子レベルで明らかにした。この解析から得られた転移の素過程に関する知見は、分子と界面との相互作用を理解するという基礎的観点からはもとより、液晶ディスプレイの表示特性向上をめざす応用開発研究にとってもきわめて重要な知見であり、液晶の界面配向特性に関する新しい研究分野を開拓するものとなる。