純有機常磁性液晶を基軸とした磁気キラル二色性の発現と新規磁気光学デバイスの開発

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ソフトマテリアルの一種である液晶は、液体と同様の流動性と結晶と同様の分子配向秩序性を併せ持つことから、外場応答性などの興味深い性質を示す。本研究で扱ったのは液晶の中でも、ニトロキシドラジカル部位をスピンソースとして有する常磁性液晶である。常磁性液晶では電子スピンが分子運動や液晶性秩序と共存することで特異な磁性が発現し、流動相で磁化率が増加する（磁気液晶効果）。平成29年度では、常磁性液晶の磁気キラル二色性および磁場応答性を利用した、新規磁気光学デバイスの開発を計画していた。しかし、異方性媒質である液晶相では、汎用の測定装置を用いて磁気キラル二色性や磁気円二色性などの磁気光学物性を測定することは困難であった。そこで、常磁性液晶の単純な磁性に注目し、常磁性液晶を基軸とした磁性ソフトマテリアルの設計とその機能発現を進めた。まず、液晶-等方相転移において大きな磁気液晶効果を示す新規常磁性液晶の合成を試みたところ、高秩序度のキラルスメクチックC相を誘起することで、液晶-等方相転移時にこれまでで最大の磁気液晶効果を発現するキラル常磁性液晶を合成することに成功した。この新規キラル常磁性液晶の液晶-等方相転移時における大きな磁気液晶効果を利用することで、熱や光照射による磁気特性の可逆的スイッチングを実現した。さらに、液晶相温度域を室温付近まで低下させる分子設計法を開発し、キラル常磁性液晶が示す流動性・特異な磁性・自己組織化構造などの性質を室温下で統合することに成功した。また、微視的な分子構造に加え、分子集合体の構造や巨視的な形状も合わせて設計することで、キラル常磁性液晶を利用した、面発光レーザー素子や物質輸送装置などの開発を行った。本研究で達成したキラル常磁性液晶からのレーザー発振やキラル常磁性液晶のマイクロカプセル化は共に世界初の報告であり、今後の発展が期待できる。