軌道放射光によるX線構造解析

液晶相の構造を分子間相互作用に溯って理解するためには、液晶相の基礎物性の知識が不可欠である。特にスメクティック液晶を特徴付ける層構造解析および分子秩序の解析のためには、X線解析手法が最も有効である。本研究では、これまでの技術的発展に基づき、スメクティック液晶の局所層構造および層内秩序の電場に対する時間応答を放射光X線マイクロビーム時分割測定法により明らかにした。このことにより、液晶層の示す電気光学的応答に対応した動的液晶構造解析が可能になる。実験は高エネルギー加速器研究機構・物質構造科学研究所・放射光研究施設を利用して得られる放射光X線マイクロビーム光学系を用いて行った。試料は強誘電性液晶としてTK-C101を、反強誘電性液晶としてTFMHPOBCを使用した。本年度は本研究の総括の年に当たり、これまで明らかにしてきた層構造の動的空間構造のより精密な描像を得るためのデータを付け加えるとともに、分子間相互作用を反映した層内秩序の動的空間構造に関するデータを集積し、層内秩序と層間秩序の関係を総合的に明らかにした。動的局所層構造については、これまで研究を重ねてきたスメクティックA相における電傾効果の高電場下での層応答を詳細に測定し、バルクの層構造の挙動と配向膜に規制された界面近傍での局所層構造の関係を明らかにし、界面分子は高電場下で平衡状態から変位することが分かった。低電場下の挙動は固定した界面分子の挙動で説明が可能であり、また従来考えられてきた1次元の構造ではないことを始めて明らかにした。本システムにより、スメクティック液晶を特徴づける層間秩序および層内秩序の構造パラメータが、空間的に時間分割された形で得ることが世界的にみても始めて可能となった。

液晶相の構造を分子間相互作用に溯って理解するためには、液晶相の基礎物性の知識が不可欠である。特にスメクティック液晶を特徴付ける層構造解析および分子秩序の解析のためには、X線解析手法が最も有効である。本研究では、これまでの技術的発展に基づき、スメクティック液晶の局所層構造および層内秩序の電場に対する時間応答を放射光X線マイクロビーム時分割測定法により明らかにした。このことにより、液晶層の示す電気光学的応答に対応した動的液晶構造解析が可能になる。実験は高エネルギー加速器研究機構・物質構造科学研究所・放射光研究施設を利用して得られる放射光X線マイクロビーム光学系を用いて行った。試料は強誘電性液晶としてTK-C101を、反強誘電性液晶としてTFMHPOBCを使用した。本年度は本研究の総括の年に当たり、これまで明らかにしてきた層構造の動的空間構造のより精密な描像を得るためのデータを付け加えるとともに、分子間相互作用を反映した層内秩序の動的空間構造に関するデータを集積し、層内秩序と層間秩序の関係を総合的に明らかにした。動的局所層構造については、これまで研究を重ねてきたスメクティックA相における電傾効果の高電場下での層応答を詳細に測定し、バルクの層構造の挙動と配向膜に規制された界面近傍での局所層構造の関係を明らかにし、界面分子は高電場下で平衡状態から変位することが分かった。低電場下の挙動は固定した界面分子の挙動で説明が可能であり、また従来考えられてきた1次元の構造ではないことを始めて明らかにした。本システムにより、スメクティック液晶を特徴づける層間秩序および層内秩序の構造パラメータが、空間的に時間分割された形で得ることが世界的にみても始めて可能となった。