可逆的に作動する原子構造の組み替えを利用したナノスケール非分離運動機構発現の検討

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能動的、適応的に機能する微細機械-素機械-を作動させるナノスケールのメカニズムについての基礎的検討を行った。素過程として(準)可逆な局所的原子間結合の組み替えを利用して、それを物質中で閉曲線(局面)を描かせるように連続的かつサイクリックに作動させることにより相対的すべり機構を作り出し、構造的に一体のままで一定スケールの原子集団を相対運動させるメカニズムを発現させる可能性について追究した。得られた研究成果は次の通りである。(1)前年度に導入した、刃状転位(ミスフィット)の円周運動を利用するべん毛モータのL-Pリングモデルに対して、動的特性の詳細、とくに相対すべり面上のせん断応力の変化と起動時/定常運動時のトルク、ならびにそれらの原子間相互作用(結合の強さ、平行点近傍での非線形特性など)についての依存性について詳細に検討加えた。その結果より、軸と軸受けを一体構造とし、内部に転位状のミスフィットを導入することにより相対運動を生じさせる機構を実現させる可能性を示した。(2)人工ならびに生体由来の分子2重膜上に、上記のメカニズムを発現させる可能性について検討するために、分子2重膜の基本特性(構造安定性や相転移発現機構など)を分子動力学シミュレーションを用いて追究し、膜面内荷重を加えた下での剛性を評価した。(3)転位ループを、ループ面に垂直な方向に移動させることにより、結晶中に柱状体の非分離往復運動を生じさせる機構の可能性について検討を加えた。