京都大学と仏CNRS大学は，シロキサン環構造の立体配座に着目し，シリカのキラル光学信号の発現と信号増幅の起源を明らかにした（ニュースリリース）。
キラルな分子集合体を鋳型に用いたソルゲル法により合成されるシリカは，キラル光学信号を示すことが知られており，光情報通信，キラル選択的反応，光電変換技術，スピントロニクスなど，様々な先端科学分野において注目を集めている。
しかし，シリカ材料は非晶質であり分子構造評価は困難なため，シリカが赤外領域のキラル光学信号（VCD信号）を示す理由は未解明だった。
研究グループは，キラルな分子集合体を鋳型とするソルゲル法にて合成したヘリカルナノシリカを1100 度まで加熱し，各温度における透過型電子顕微鏡（TEM）観察による形状評価，および振動円二色性（VCD）スペクトル測定による赤外領域のキラル光学信号評価を行なった。
その結果，ヘリカルナノシリカを1000度まで加熱した際に，重量減少を伴わない形状収縮と顕著なVCD信号増幅が同時に起こることを見出した。この現象を理解するために，重量減少を伴わない変化という観点から，シロキサン環構造の立体配座に着目した。
シリカを構成するシロキサン環構造もキラルな立体配座を取るのではないかという仮説を立て，量子化学計算による調査を行なった。その結果，シリカの中で最も多く存在するとされる6員環構造において，D2対称性を示す鏡写しの2つのキラルな配座異性体が存在すること，その他の準安定構造と比べて最もエネルギー的に安定であること，それらがSi-O-Si逆対称伸縮振動バンドにおいて逆符号のVCD信号を示すことが明らかになった。
シロキサン環の各種配座異性体において計算で得られるVCD信号の強度を，シロキサン環の外接球の体積に対してプロットすると，明らかな相関関係がみられた。その他のシロキサン環構造においても，同様の結果が得られた。
実験で得られたVCD信号強度をヘリカルナノシリカのサイズに対してプロットすると，計算結果と非常によく似た相関関係がみられた。これらの結果から，シリカが示す熱誘起VCD信号増幅は，エンタルピー駆動型の自発的な非対象環歪みに由来することが明らかになった。
また，ヘリカルナノシリカをさらに1100度まで加熱すると，ヘリカル構造は崩壊し，IRピーク波数の低下を伴うVCD信号の消失が確認された。
研究グループは，この研究の成果は，賦存量が豊富な酸素とケイ素からなるシリカ材料のさらなる可能性を示すものであり，非晶質系のキラル光学材料の設計や高分子材料の構造緩和挙動の理解への貢献が期待されるとしている。
