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プレスリリース

結晶にも液晶にも液体にも分類されない新物質を発見 -分子自己集合体の科学における新知見-

要点

  • 分子の自発的集合化で単結晶のような三次元規則構造の「液滴」を形成
  • 固体と液体の性質を併せ持ち規則構造を崩さずに流れる不思議な流動性
  • 分子の小さなキラリティーが巨視的物質の運動性を制御するという新知見
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    概要

     東京工業大学 科学技術創成研究院 化学生命科学研究所の梶谷孝特任准教授、福島孝典教授らはキラル分子が単結晶のような規則構造をもつ液滴を自発的に形成、さらに構造秩序を崩さずに一方向に回転しながら流れる現象を発見した。側鎖にキラルエステル基を有するトリフェニレン誘導体を設計して相転移挙動と集合構造を調べたところ、この物質の中間相では、ヘリンボーン構造という特徴的な構造からなる二次元シートが積層し、あたかも単結晶のような三次元構造を形成していることが分かった。
     分子の自発的な集合化によるナノメートル級の物質作製は可能だが、高性能な有機材料の開発に求められる、数ミリ〜数センチスケールの超長距離構造秩序を実現することは極めて困難だった。通常、単結晶は固い多面体の形状をもつが、この物質は液滴のような形状で、かつ流動性をもつという構造特性と運動性が相矛盾する性質を示した。さらに、この液滴状物質は重力下で構造秩序を維持しつつ、一方向に回転しながら流れ落ちた。精密な解析から、この一方向回転流動は分子のキラリティーによってもたらされていることを明らかにした。
     この研究は高エネルギー加速器研究機構 物質構造科学研究所 春木理恵研究員、理化学研究所創発物性科学研究センター 橋爪大輔チームリーダー、理化学研究所放射光科学研究センター 引間孝明研究員、東北大学 多元物質科学研究所 高田昌樹教授(理化学研究所放射光科学研究センターグループディレクター)、(株)JEOL Resonance 矢澤宏次主事、東京大学 物性研究所 柴山充弘教授らのグループと共同で行った。
     研究成果は英国時間1月21日16時発行の「Nature Materials(ネイチャーマテリアルズ)誌」に掲載された。
    プレスリリース本文(PDF)
     
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    図1. (a) キラルトリフェニレンの分子構造、(b) 液滴中の分子集合構造、および (c) 基板上での液滴内部の分子集合構造
     

    論文情報:
    “Chiral crystal-like droplets displaying unidirectional rotational sliding”
    Takashi Kajitani, Kyuri Motokawa, Atsuko Kosaka, Yoshiaki Shoji, Rie Haruki, Daisuke Hashizume, Takaaki Hikima, Masaki Takata, Koji Yazawa, Ken Morishima, Mitsuhiro Shibayama, Takanori Fukushima
    Nature Materials
    DOI: 10.1038/s41563-018-0270-7
     

    関連リンク:
    東京工業大学
    理化学研究所
    高エネルギー加速器研究機構
    東北大学
    放射光ナノ構造可視化研究分野(高田研究室)

    問い合わせ先

    (取材申し込み先)
    東北大学 多元物質科学研究所 広報情報室
    E-mail:press.tagen*grp.tohoku.ac.jp(*を@に置き換えて下さい)
    TEL:022-217-5198 FAX:022-217-5211

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