九州大学は、液晶の3次元秩序構造の形成メカニズムを解明した。連続体シミュレーションと、機械学習に基づく局所的な秩序構造の判定を組み合わせ、ソフトマテリアルの分子の集合体における構造転移を解析した。
九州大学は2024年12月3日、産業技術総合研究所との共同研究で、液晶の3次元秩序構造の形成メカニズムを解明したと発表した。連続体シミュレーションと、ML(機械学習)に基づく局所的な秩序構造の判定を組み合わせ、ソフトマテリアルの分子の集合体における構造転移を解析した。
今回の研究では、液晶が3次元的な秩序を示すコレステリックブルー相と呼ばれる構造のうち、立方対称性を持つBPIとBPIIに着目した。4本の線欠陥がジャンクションを形成するBPIIは、温度を低下させると線欠陥が直線状のBPIに構造転移し、双晶構造を示す。
研究グループは、分子が集合体として示す秩序を定量的に秩序変数に表す連続体シミュレーションと、分子集合構造学習パッケージ「MALIO」による構造判定を組み合わせ、BPIIからBPIへの構造転移の解明を試みた。
その結果、まず、BPIIに含まれる線欠陥のジャンクションが切れ、向きが揃ったBPIの小さい領域が生じた後、それとは異なる向きのBPIの領域が隣接し、双晶構造を形成することが明らかとなった。
連続体シミュレーションと機械学習を組み合わせた手法は、汎用性が高いことから、ソフトマテリアルに限らず、多様な秩序構造の形成や転移に適用できると期待される。
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