液晶配向場を利用した微粒子の3次元配列とそのフォトニック応用に関する研究

点击翻译按钮获取中文摘要

表面に液晶の垂直配向処理を施したコロイド粒子は、液晶中で自己組織的に配列を形成する。本研究では、液晶中での3次元コロイド粒子配列の実現や、コロイド粒子配列の周期性を活かした光デバイスの実現を目指した。その中でも特に、液晶コロイドを用いた光デバイス、特に液晶の外場応答性を利用したチューナブル光デバイスを目指した。昨年度の研究では、電界印加による粒子間隔拡大に成功したが、今年度はこの粒子拡大の原因が、splay-bend wallと呼ばれる液晶の配向欠陥上に粒子配列が捕捉されるためであることを明らかにした。また、この粒子間隔拡大は粒子個数に依らず観測されたことから、本技術はコロイド粒子の周期配列の周期を制御する技術として用いることができることを見出した。また、粒子間隔拡大の上限はセル厚に関わらず、粒子径の1,56倍であることや、粒子間隔拡大に要する時間は粒子個数と液晶自体の応答速度により決まることを明らかにした。このことは今後粒子配列を3次元に拡張し、粒子間隔制御を行う際や、光デバイス応用の際に有用な知見である。また、所望の3次元コロイド粒子配列を形成するためには、粒子周囲の配向欠陥形状を制御することが重要である。そこで本研究では、未だ実現されていない電界印加によるSaturn-ring欠陥からhedgehog欠陥への転位を試み、splay-bendwall上に粒子を捕捉することにより、この転移に初めて成功した。また、この転移には閾値が存在し、電界印加によりSaturn-ring欠陥と粒子の中心がなす角度が110。以下となった際にhedgehog欠陥への転移がみられることを見出した。さらに、これらの明らかとなった転移の原理を基として、セルの電極構造の拡張を行ったところ、Saturn-ring欠陥の収縮方向を制御することに成功した。すなわち、hedgehog欠陥が形成される方向を自在に制御することが初めて可能となり、この技術は所望のコロイド配列を形成する際に、非常に有用な技術になると考えられる。