ナノリットルコアと抗酸化性磁性液体シェルを持つ
コアシェルエマルションの作製と制御

内田 幸明
(大阪大学大学院 基礎工学研究科 物質創成専攻化学工学領域 准教授)

2019年6月11日火曜日

金属を含まない液晶が示す光磁気効果

金属を含まない物質は磁気特性が非常に弱いので、磁気特性を光でスイッチングする光磁気効果を観測することは非常に難しいのが一般的です。私たちは、液晶ディスプレイにも利用されている液晶のスイッチング特性を利用することで、光磁気効果を検出することを目指して研究を行いました。

液晶は様々な外部刺激に対して高い応答性を示します。それは、分子が集団的に動くことが原因です。この高い応答性を利用することで、液晶デバイスが発展してきました。実際、液晶ディスプレイは電場の中で分子が再配向することを利用した、光伝播の制御を行うことで可能になります。金属を含まない物質の磁気特性は、高温では、通常、検出できないほど弱いと考えられてきました。しかし、私は2008年に、安定なニトロキシドラジカルを分子の剛直な部位の中心に持つ8NO8などの金属を含まない液晶性の物質において、融点で異常な磁化率の上昇が起こること(後に磁気液晶効果と命名)を発見しました(参考リンク先Fig. 1a)。私たちは磁気液晶効果がスピングラスのような不均一な磁気相互作用と液晶中の分子運動によって生み出されることを見出しました。磁気液晶効果を何らかのデバイスに応用するには結晶からの転移(融解)や、結晶への転移(凝固)が、通常、非常に遅く、不可逆であることが問題でした。一方、液晶と液体の間の転移は、非常に速く、可逆的であることが多いです。相転移は温度で起こることがよく知られていますが、液晶の場合には、光で相転移を起こすことも可能です。そのため、磁気液晶効果を示す物質を含む液晶は、光による相転移を介した磁気特性のスイッチング(新しい光磁気効果)を示すはずです(リンク先Fig. 1b)。しかし、液晶-液体相転移で磁気特性の大きな変化を示すニトロキシドラジカル液晶は知られていません。そこで、私たちは、キラルスメクチックC液晶(SmC*)相と液体相の相転移において、大きな磁化率の変化を示す8NO82を設計・合成して、光磁気効果の検出について、次のように検討を行いました。

まず、温度変化によるSmC*-液体相転移において磁化率の可逆的な変化が起こることを確認しました。光に応答して、液晶-液体相転移を起こすことが知られているアゾベンゼン誘導体4-butyl-4’-methoxyazobenzene (BMAB)を8NO82に添加することで、可逆的な光磁気効果の検出に成功しました。 (リンク先Fig. 2).

より詳しく知りたい方は、Communications Chemistry誌に掲載された、私たちの論文を御覧ください。
論文を読む(英語)

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