氏名

タベ ユカ

多辺 由佳

職名

教授

所属

(先進理工学部)

連絡先

URL等

研究者番号
50357480

本属以外の学内所属

兼担

理工学術院(大学院先進理工学研究科)

学内研究所等

光科学研究所

研究所員 2010年-2014年

光科学研究所

プロジェクト研究所所長 2010年-2014年

自己組織系物理ホリスティック研究所

研究所員 2009年-2014年

ホリスティック物理学研究所

プロジェクト研究所所長 2018年-2018年

理工学術院総合研究所(理工学研究所)

兼任研究員 2006年-2018年

理工学術院総合研究所(理工学研究所)

兼任研究員 2018年-

ホリスティック物理学研究所

プロジェクト研究所所長 2019年-2023年

ホリスティック物理学研究所

研究所員 2015年-2019年

ホリスティック物理学研究所

研究所員 2019年-

特許

整理番号:1392

コレステリック液晶組成物(日本)

多辺 由佳

特願2013-167086、特開2015- 34270、特許第6299009号

外部研究資金

科学研究費採択状況

研究種別:

二次元液晶における分子ダイナミクスの時空間変換の解明

配分額:¥74700000

研究種別:

電子線で回転するソフトクリスタル:構造とメカニズム

2016年-0月-2018年-0月

配分額:¥3640000

学内研究制度

特定課題研究

液晶性ラングミュア膜の配向揺らぎで見る界面近傍の液晶分子配向挙動

2014年度

研究成果概要:界面・表面での分子配向は、様々な分野で基礎・応用両面から重要な研究課題である。本研究では、液晶パネルの性能に大きな影響を及ぼす基板界面での液晶分子の構造と挙動を、光散乱実験と新規解析法により調べた。界面局所構造を取り出すため、バル...界面・表面での分子配向は、様々な分野で基礎・応用両面から重要な研究課題である。本研究では、液晶パネルの性能に大きな影響を及ぼす基板界面での液晶分子の構造と挙動を、光散乱実験と新規解析法により調べた。界面局所構造を取り出すため、バルクの液晶ではなく液晶性ラングミュア膜を対象とし、単分子層液晶の配向揺らぎが下相水の性質にどのように依存するかを調べた。下相をアガロース低濃度水溶液とし、濃度を変えながら上にある液晶単分子膜の配向揺らぎを測定した結果、10-3 wt%という極低濃度溶液でも、配向揺らぎが完全に止まることがわかった。液晶構造には変化はなく、ダイナミクスのみにソフト界面は影響を与える。

熱・物質流で誘起されるキラル・アキラル液晶薄膜の動的構造:その仕組みと制御

2015年度

研究成果概要:キラル液晶に物質や熱流を透過させると、膜を構成する分子が位相をそろえて集団回転する。我々は、この回転能を持つキラル液晶ドメインを気液界面に張られた脂質単分子膜に埋め込み、疑似生体膜を作製することを試みた。まず液晶ドメインが分散した...キラル液晶に物質や熱流を透過させると、膜を構成する分子が位相をそろえて集団回転する。我々は、この回転能を持つキラル液晶ドメインを気液界面に張られた脂質単分子膜に埋め込み、疑似生体膜を作製することを試みた。まず液晶ドメインが分散した膜を作ることに成功し、続いて膜にアルコール蒸気を透過させたところ、液晶ドメインの配向を一方向回転させることができた。特徴的なのは、気相から液相へエタノール蒸気が移動した時にのみ、液晶分子が一方向回転を示したことである。弁がついているかのような挙動は生体ではよく見られるものなので、今後、液晶ドメインが弁機能を持つ仕組みを調べ、生体の一方向運動を理解するモデル系にしたいと考えている。

キラル液晶の回転による熱・物質輸送

2017年度

研究成果概要:液晶の新機能として、「キラル液晶の回転による一方向の熱輸送」が理論予測されている。実現できれば、液晶を一方向に回転させると回転軸に沿って熱が輸送される、という他に無いデバイスが得られる。ただし、キラル液晶の回転と熱との結合は一般に...液晶の新機能として、「キラル液晶の回転による一方向の熱輸送」が理論予測されている。実現できれば、液晶を一方向に回転させると回転軸に沿って熱が輸送される、という他に無いデバイスが得られる。ただし、キラル液晶の回転と熱との結合は一般に弱いため、実証には精密な測定系が必要となる。本研究では、実験で得られている熱→回転への変換係数から回転によって生じるべき熱流を見積もり、その微小な熱流の測定を可能とするシステムの構築を行った。10mmx10mmの熱電堆を2つのコレステリック液晶セルではさみ、全体を二重の断熱系に入れた系を作製した結果、平衡時の熱揺らぎを±0.05microW/mm2まで軽減することができた。 

キラル液晶の回転による熱輸送―分子からマクロへの階層的運動変換ー

2018年度

研究成果概要:等方相と共存するキラルな液晶滴を温度勾配下に置くと、熱流により液晶滴の一方向回転が駆動される。これをマイクロモーターに応用することを目指し、ダブルツイストシリンダー(DTC)構造を持つ液晶滴の剛体回転を試みた。DTC内の分子は、円...等方相と共存するキラルな液晶滴を温度勾配下に置くと、熱流により液晶滴の一方向回転が駆動される。これをマイクロモーターに応用することを目指し、ダブルツイストシリンダー(DTC)構造を持つ液晶滴の剛体回転を試みた。DTC内の分子は、円柱軸上では軸方向に、中心から円柱側面に向かっては一方向に捩じれたプロペラと類似の構造を持つ。我々は、先行研究にはない数ミクロンという大きな半径を持つ巨大なDTCを作製し、それを集合体にすることに成功した。得られたDTCの円柱軸方向に熱流を流すと、DTC集合体は形状を崩すことなく、これまでより1桁以上高速で剛体回転することが明らかになった。

異常な動的構造を示す電荷移動液晶

2019年度

研究成果概要:電子吸引性の液晶化合物と中性の液晶化合物を同比率で混合すると、混合液晶がSmE相やSmB相などの高秩序液晶相を示すことがある。本研究で我々は、電子吸引性の液晶化合物に1割以下の割合で中性分子を混合したとき、混合液晶の静的構造は変わ...電子吸引性の液晶化合物と中性の液晶化合物を同比率で混合すると、混合液晶がSmE相やSmB相などの高秩序液晶相を示すことがある。本研究で我々は、電子吸引性の液晶化合物に1割以下の割合で中性分子を混合したとき、混合液晶の静的構造は変わらないにもかかわらず、動的物性が大きく変化することを見出した。中性分子の割合が小さいとき、混合液晶は母物質と同じく二次元液体的なSmA相を示す。静的構造は同じだが、混合液晶を1ミクロン程度の厚さの薄膜にして酸素を透過させると、中性分子のモル比が0.05を超えたところで、酸素透過率が急に1桁低下した。さらにこの薄膜を破壊すると、破壊の進む速さが同じ閾値で、不連続に2桁低下した。可能性として、混合液晶のSmA相には高秩序相のナノドメインが高速で生消滅しており、静的には同じ相であっても、固いナノドメインが分子の動きを阻害し、粘性を大きく増大させていることが考えられる。マイクロ秒以下で生消滅する100nm以下の小さなクラスターの存在を、マクロな実験で明らかにした。

電子線で回転するソフトクリスタル:構造とメカニズム

2019年度

研究成果概要:鏡面対称性が破れた構造を持つソフトマターは、線形流によって分子の受けたトルクを集団運動に変換し、一方向に回転することが可能である。近年、これを用いたソフトマシーンを作ろうという試みが行われており、特に、トルクを生み出すエネルギー源...鏡面対称性が破れた構造を持つソフトマターは、線形流によって分子の受けたトルクを集団運動に変換し、一方向に回転することが可能である。近年、これを用いたソフトマシーンを作ろうという試みが行われており、特に、トルクを生み出すエネルギー源として、温度勾配(熱流)が注目されている。我々が見出した、電子線で一方向回転するソフトクリスタルにおいても、電子線によって試料内に生じた温度勾配が回転を駆動する可能性が指摘されていることから、本研究では、同じ対称性を持つコレステリック液晶滴に温度勾配を印加し、回転を調べた。温度勾配下のコレステリック滴は顕微鏡下でテクスチュアの一方向回転を示すが、これが配向回転によるものか剛体回転によるものかは区別できない。そこで試料にマイクロ粒子を分散させ、滴表面に吸着した粒子が滴中心のまわりを公転することを観測し、剛体回転の証拠を得た。さらに、滴中心に対して公転する粒子をピン止めすると、逆に滴が粒子を中心に公転すること、また2つの滴を粒子でつなぐと粒子を中心に2つの滴が公転すること、を示すことができた。

キラル液晶分子モーターを埋め込んだ機能性擬似生体膜の実現

2005年度

研究成果概要:気液界面に作られたキラルな液晶単分子膜では、構成分子が物質流によって一方向に集団運動をすることを応用し、モーター機能を持った擬似生体膜の製作に取り組んだ。まず、生体膜のおかれた環境である、イオンを含む水溶液中にキラル液晶薄膜を作る...気液界面に作られたキラルな液晶単分子膜では、構成分子が物質流によって一方向に集団運動をすることを応用し、モーター機能を持った擬似生体膜の製作に取り組んだ。まず、生体膜のおかれた環境である、イオンを含む水溶液中にキラル液晶薄膜を作ることを試みた。手法として我々は独自に凍結―融解方法を考案、それを用いて液晶状態の薄膜を水溶液中に作ることに成功した。できた膜の構造を見るために高精度な偏光顕微鏡を組み立て、その観察にも成功した。できた薄膜は厚さが数百ナノメートル、初期状態ではほぼ一様な配向を示す。次に、生体膜中のモーター蛋白と同じく、膜を透過するプロトンによって液晶分子を回転させることを試みた。この目的のため、膜だけを接触面とする2つの区切られたセルを設計・作製し、一方のセルに純水、もう一方のセルに酸性水を入れて、プロトン濃度勾配を膜に与えた。単純な拡散だけではプロトンの単位時間当たり透過量が十分ではなかったため、さらに電解をかけて移動を加速したところ、一定電場を超えた時点でキラル分子が集団回転する様子が観測された。回転の速度はかける電場の強さに比例し、分子回転がプロトン流に駆動されて生じていることが確かめられた。液晶薄膜の液体中での製作は初めての成功例であり、そのこと自体も意味のあることである。さらに、キラル液晶分子が薄膜状態で、モーター蛋白と同様プロトン駆動で回転することを確認できたことも大きな意味がある。この結果をふまえて、液晶薄膜のナノサイズ化、リン脂質との混合など、ドラッグデリバリーなどにも使える擬似生体膜の製作を今後目指していくと同時に、分子スケールの運動とマクロな回転とを結ぶメソスコピック領域での運動変換について、メカニズムを明らかにしたい。

海外研究活動

研究課題名: キラル結晶の動的交差相関を利用した液晶モーターの研究

2011年04月-2011年09月

機関: ケント州立大学液晶研究所(アメリカ)

現在担当している科目

科目名開講学部・研究科開講年度学期
理工学基礎実験2A 補講実験クラス基幹理工学部2020春学期
理工学基礎実験2A 補講実験クラス創造理工学部2020春学期
理工学基礎実験2B 応物先進理工学部2020秋学期
理工学基礎実験2B 物理先進理工学部2020秋学期
理工学基礎実験2B 補講実験クラス先進理工学部2020秋学期
物理入門 (応物)先進理工学部2020春学期
物理入門 (物理)先進理工学部2020春学期
物理入門 (応物) 【前年度成績S評価者用】先進理工学部2020春学期
物理入門 (物理) 【前年度成績S評価者用】先進理工学部2020春学期
電磁気学B (応物)先進理工学部2020秋学期
電磁気学B (物理)先進理工学部2020秋学期
電磁気学B (応物) 【前年度成績S評価者用】先進理工学部2020秋学期
電磁気学B (物理) 【前年度成績S評価者用】先進理工学部2020秋学期
応用物理学実験B先進理工学部2020通年
物理実験B先進理工学部2020通年
応用物理学実験B 【前年度成績S評価者用】先進理工学部2020通年
物理実験B  【前年度成績S評価者用】先進理工学部2020通年
卒業研究先進理工学部2020通年
卒業研究【前年度成績S評価者用】先進理工学部2020通年
物理実験学先進理工学部2020春学期
物理実験学先進理工学部2020春学期
卒業研究先進理工学部2020通年
卒業研究  【前年度成績S評価者用】先進理工学部2020通年
応用物理学実験A先進理工学部2020通年
応用物理学実験A  【前年度成績S評価者用】先進理工学部2020通年
振動と波動先進理工学部2020春学期
振動と波動先進理工学部2020春学期
Graduation Thesis A (Physics)先進理工学部2020秋学期
Graduation Thesis A (Physics) [S Grade]先進理工学部2020秋学期
Graduation Thesis A (Applied Physics)先進理工学部2020秋学期
Graduation Thesis A (Applied Physics) [S Grade]先進理工学部2020秋学期
Graduation Thesis B (Physics)先進理工学部2020春学期
Graduation Thesis B (Physics) [S Grade]先進理工学部2020春学期
Graduation Thesis B (Applied Physics)先進理工学部2020春学期
Graduation Thesis B (Applied Physics) [S Grade]先進理工学部2020春学期
Current Topics in Physics先進理工学部2020秋学期
Current Topics in Physics先進理工学部2020秋学期
Current Topics in Physics先進理工学部2020秋学期
Current Topics in Physics [S Grade]先進理工学部2020秋学期
修士論文(物理応物)大学院先進理工学研究科2020通年
Research on Soft Matter Physics大学院先進理工学研究科2020通年
ソフトマター物理学研究大学院先進理工学研究科2020通年
Seminar on Soft Matter Physics C大学院先進理工学研究科2020春学期
ソフトマター物理学演習C大学院先進理工学研究科2020春学期
Seminar on Soft Matter Physics D大学院先進理工学研究科2020秋学期
ソフトマター物理学演習D大学院先進理工学研究科2020秋学期
Master's Thesis (Department of Pure and Applied Physics)大学院先進理工学研究科2020通年
ソフトマター物理学研究大学院先進理工学研究科2020通年
物理学及応用物理学研究B 多辺 由佳大学院先進理工学研究科2020通年
物理学及応用物理学研究B 青木 隆朗大学院先進理工学研究科2020通年
ラボローテーション演習A大学院先進理工学研究科2020通年
ラボローテーション演習B大学院先進理工学研究科2020通年