粗視化分子モデルを用いたキラル液晶相の安定化メカニズムの解明

使用粗粒分子模型阐明手性液晶相的稳定机制

基本信息

批准号：
16J06012
负责人：
野澤拓磨
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では，キラリティが誘起するナノ構造液晶の特性を分子レベルで明らかにし，次世代の液晶デバイス開発の設計指針を示すことを目的としている。今年度は，初年度及び昨年度に作成したGay-Berneモデルのモンテカルロシミュレーションコードを用いて，キラリティとダイポールが液晶分子の相転移に与える影響について研究した。キラリティによってスメクチック相の形成が阻害されること，またそのような場合には弱い層構造を持ったコレステリック相が出現することなどを明らかにした。また，発展的な内容として液晶分子の液滴核生成シミュレーションを行い，液晶分子の核生成は非常に高い配向状態から始まり，一度分子配向が乱れた状態を経た後に，ネマチックな液滴が生成されることを明らかにした。これらの研究成果について纏め，査読付きの国際学術論文に２件報告した。実験系を再現するAtomisticなモデルを用いて上述の液晶相転移や核生成を研究するためには，モデルの点電荷同士の相互作用を高速に計算する必要がある。今年度はLinear-combination-based isotropic periodic sum (LIPS)法と呼ばれる高速に点電荷同士の相互作用を計算する手法において，高速フーリエ変換を組み合わせた計算方法を提案し，水バルクや気液界面系における精度や計算速度について調べた。これらの結果については査読付き国際学術論文へ第２著者として１件報告した。また，上述の研究内容をさらに発展させるために，University of the Philippines Diliman校のRicky Nellas教授とInstitute of Pharmaceutical and Structural BiologyのMatthieu Chavent博士を訪問し，液晶の相転移や核生成における解析方法についてディスカッションを行った。

本研究的目的是在分子水平上阐明手性诱导的纳米结构液晶的特性，并为下一代液晶器件的开发提供设计指南。今年，我们使用第一年和去年创建的Gay-Berne模型的蒙特卡罗模拟代码来研究手性和偶极子对液晶分子相变的影响。我们发现手性抑制近晶相的形成，并且在这种情况下会出现具有弱层结构的胆甾相。此外，我们进一步对液晶分子的液滴成核进行了模拟，发现液晶分子的成核是从非常高度取向的状态开始的，一旦分子取向经历了分子取向的状态，可知，当发生无序化时，会产生向列相液滴。这些研究成果在两篇同行评审的国际学术论文中进行了总结和报告。为了使用重现实验系统的原子模型来研究上述液晶相变和成核，需要高速计算模型中点电荷之间的相互作用。今年，我们将提出一种将快速傅立叶变换结合到称为基于线性组合的各向同性周期和（LIPS）方法的计算方法，该方法可以快速计算点电荷之间的相互作用，并对其精度和计算速度进行了研究。这些结果以第二作者身份发表在一篇同行评审的国际学术论文中。为了进一步开展上述研究，我们拜访了菲律宾迪利曼大学的Ricky Nellas教授和药物与结构生物学研究所的Matthieu Chavent博士，讨论了液晶的相变和成核的分析方法。。