自己組織化螺旋周期液晶のナノ構造変調による光機能性デバイス応用に関する研究

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液晶材料は結晶の異方性、液体の流動性を兼ね備え、相により様々な構造を自発的に形成する自己組織化材料である。液晶相が自発的に形成する構造を利用することで光リフレクターやレーザー素子など多くの応用が可能となるが、構造に人為的な変調を加えることで多波長化やフィルタ機能などの新機能が付与されることが期待される。本研究では、自己組織化という特徴を活かしながらも、新機能を付与するために、局所光重合や人為微細構造によって液晶材料が自発的に形成する構造に摂動を加え、光デバイス応用を目指した研究を行った。螺旋構造を形成するコレステリック液晶を用いて多波長光リフレクターおよびポータブル波長可変色素レーザーを提案した。多波長光リフレクターは、液晶材料中に局所的な枠構造を光重合により形成することで局所的な分子拡散が起こり、枠の形状や大きさを変化させることで螺旋ピッチ変化率が制御可能な為、実現できる。一方の波長可変レーザーはコレステリッ液晶に空間的に勾配をもつ電界を印加することで実現した。本提案の成果は通常素子基板に対して垂直方向に存在する螺旋軸を基板平行方向に配向し、連続的に波長可変なレーザー発振を実現したことである。また3次元周期構造を形成するコレステリックブルー相においても光重合により構造が崩壊する現象を見出した。2光子励起光描画により形成した構造上における液晶の配向制御について、前年度より継続して研究を行った。本年度の特に大きな成果は、ネマティック液晶の構造誘起配向規制力についてシステマチックな解析を行ったこと、および通常基板界面に対して垂直に配向するカラムナー液晶のプラナー配向(カラム軸の基板面内方向への配向)を実現したことである。