東京大学物性研究所と株式会社クロスアビリティは、3Dプリンタを用い、空間に分布する物理量を透明樹脂(プラスチック)の中に形状制御されたドットで描写する技術を開発した。分子中の電子状態の理解が深まり、新機能分子の開発や教育等に役立つことが期待される。

 コンピュータとプログラムの発展により、多数の原子からなり複雑な構造を持つ分子構造をシミュレーションできるようになってきている。分子構造と分子機能の関係を調べるには、分子を構成する原子間の結合を担う電子密度分布(電子雲)が重要となる。シミュレーションで得られた電子雲のデータはモニタ上に示すことができる。しかし、電子雲を描写した分子模型が製作できれば、電子の役割をさらに深く理解できる。ガラスの中にレーザーを使ってドット(微小粒子)を作り、電子雲を描写する技術は開発されている。しかし、ドットの形状や色の制御ができない点が課題だった。

 研究グループは、この課題を解決するため、電子雲のように空間に分散する物理量(電子密度など)を、3Dプリンタで出力可能なデータに変換するプログラム「Winmostar」を開発した。このプログラムにより、インクジェット型の3Dプリンタを用いて、容易に電子雲を透明プラスチック中に描写することができるようになった。

 今後、複雑な結晶構造を持つ磁石や超伝導材料などの3D電子雲模型を製作し、高い性能を持つ材料開発に活用していく予定だという。また、この分子模型を教育に利用すれば、分子の中の電子の役割が一層理解しやすくなる。さらに、この技術は、分子以外に雲、銀河、建物や車の周囲の気流などを描写することができるため、今後、幅広い領域での応用が期待される。

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大学ジャーナルオンライン編集部

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