北大ら,液晶で書換え可能な高密度光渦発生アレイを作成

北海道大学と理化学研究所の共同研究グループは,液晶分子の形成するトポロジカル欠陥と呼ばれる特異な構造を,規則正しく広範囲にわたって自発的に並べる方法を見つけた(ニュースリリース)。

ネマチック液晶は棒状分子が一様な向きに並んだ流体であり,屈折率異方性と誘電率異方性と呼ばれる2つの重要な性質をもっている。そのため,分子の方向を電気的に変え,それによって物質の光学的性質を変化させることができる。この仕組みは,ディスプレーのみならず様々な液晶デバイスで利用されている。

液晶物質の電気光学的な特徴を十分に活用するためには,「分子の方向」の正確な制御が要求される。特に,ナノ・マイクロスケールの微細な領域に規則正しく分子を整列させることは,光学をはじめとする様々な分野で重要となる。しかしながら,そのためには高価な装置が必要であり,手軽に試験研究を行なうことは難しい。

今回,研究グループが開発した方法は,物質の自己組織化を利用したボトムアップ型の手法であり,液晶材料に少量のイオン性物質を添加するだけで得ることができる。そのため高価・特殊な装置を一切必要とすることなく,マイクロスケールの複雑なパターン構造を安価・短時間で作成できる。

作成された構造は電気的に ON/OFF を切り替えることができるだけでなく,光マニピュレーションを併用することにより,局所的な領域における構造の書き換えを可能としている。

高密度な欠陥配列は光渦など光学への応用研究が期待できます。現状では,この構造は2枚のガラス板の間で形成されているが,液晶材料を高分子として安定化(ゲル化)させることで,内部構造を保持したままフィルムとして取り出せる可能があるという。フィルム化により,曲げたり,引き延ばしたりすることの可能な光学素子として,応用研究へ役立つとしている。

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