東京工業大学の梶谷孝特任准教授、福島孝典教授らの研究グループは、キラル分子(注)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。今回の成果は物質構造科学研究所、理化学研究所、東北大学、株式会社JEOL RESONANCE、東京大学との共同研究によるもの。

 研究グループは、「トリフェニレンヘキサカルボン酸エステル」という物質にキラル側鎖を導入した誘導体を合成し、その相転移挙動と集合構造を調べた。この物質の中間相(気体・液体・固体の中間に存在する相)では、V字形や長方形を縦横に連続して組合せて作られる「ヘリンボーン構造」の二次元シートが積み重なり、あたかも単結晶のような三次元構造を形成していた。その規則構造形成能力は少なくとも数ミリメートルに及び、分子スケールでは「超」長距離の構造秩序が自発的に組み上がったとみなせるものだった。

 この液滴状物質は、基板を立てると下方向に流れるという流動性を示し、流れ落ちる過程でも、液滴中の構造規則性は全く損なわれなかった。詳細な検討により「固まろうとする性質」と「流れようとする性質」が絶妙なバランスを保っていることが判明。さらに、流れ落ちる際、液滴が一方向に回転、その回転方向はトリフェニレンに導入した側鎖のキラリティー(R体かS体か)で決まることも分かった。

 今回発見した物質は結晶、液晶、液体のいずれでもない常識を覆す物質で、分子のキラリティーと分子の巨視的集団運動の相関に関する新知見を与えるもの。今後はメカニズムの解明により、新しい分子集合体に関する物理化学の開拓や、高機能有機材料の革新が期待される。

(注)左手と右手のように、その鏡像と重ね合わすことができないキラリティー(掌性)という性質を持つ分子。

論文情報:【Nature Materials】Chiral crystal-like droplets displaying unidirectional rotational sliding

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