液晶における低次元分子配列の協同的並進・回転運動の回折学的研究

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現有の時間分割型エネルギー分散X線回折計を大幅に改造して、液晶試料への外部作用(電場、磁場)の印加、撤去時間と回折データ採集との同時制御を行った。また、空間的な協同的低次元分子配列のゆらぎを研究するために、試料室への外部振動を最小限度におさえるような試料室駆動装置系を制作した。この駆動はX線回折計より自動制御することができる。以上のような回折計を用いて、低次元分子配列を示すネマティック相(一次元)とスメクティック相(二次元)の構造特性について研究した。ネマティック相の試料としては、MBBAとEBBAを選んだ。主な研究成果としては(1)外部作用(電場、磁場)の直交条件の選択によりこれらのネマティック相に長時間(数秒〜数十分)の周期性を持つ液晶分子の協同的並進、回転運の存在を見つけることができた。この周期的構造ゆらぎは試料全体の持つ励起状態の安定性を示す。また、この励起安定構造は容易に試料室のヒートバスの熱によって変化することができ、低次元分子配列の協同性の研究に貴重な方向性が見い出せた。(2)ネマティック相-等方的液体相の構造相転移の臨界領域における低次元分子配列は極めて複雑な協同的分子運動を示し、今後の研究成果が期待された。一方(3)スメクティック相の試料としてはTBBA,TBAAの液晶を使用した。これらの2次元分子配列は外部作用(電場磁場,熱)に対して固いが、相転移温度近傍においてはネマティック相と同様に外部作用下に基く巨視的な励起構造ゆらぎを確認することができた。以上の様な低次元分子配列の協同的分子運動の非平衡状況下での構造特性について、外部作用(電場、磁場)の増大、撤去による暹渡現象について研究した。主な研究成果としては、外部作用の完全な撤去後も低次元分子配列が外部作用の効果を長時間(数秒-数十分)記憶していることが見い出された。