世界初 結晶の新しい「光トリガー相転移」の発見と機構解明

早稲田大学

2019/2/21 11:50

2019.02.21

早稲田大学

世界初 結晶の新しい「光トリガー相転移」の発見と機構解明

光応答性結晶材料への応用と実用化に期待

発表のポイント

●温度変化や圧力、光や電磁場などのさまざまな外部刺激によって起きる構造相転移の

 機構解明や材料探索の研究が、これまで広く進められてきた。

●構造相転移を生じる光反応性結晶に、その相転移温度よりも低い温度で光を照射すると

 「光トリガー相転移」が生じることを世界で初めて発見、その機構を解明した。

●光照射をすることによって、加熱・冷却をしなくても構造相転移を引き起こすことが

 できる仕組みを活用して、光応答性結晶材料への応用と実用化に寄与することが

 期待される。

 早稲田大学ナノ・ライフ創新研究機構の小島秀子(こしまひでこ)研究院客員教授らの

研究グループは、「光トリガー相転移」という結晶の新しい構造相転移現象を発見しました。

 物質が固体状態を維持したまま結晶構造が変化する現象は構造相転移と呼ばれています。

構造相転移は温度や圧力、電磁場や光といった外部刺激によって起こります。

構造相転移現象が生じるにともなって電気的・磁気的・光学的な特性が大きく変わる

材料は、メモリ、スイッチなどに広く用いられています。

 また、材料探索のみならず機構解明の観点からも研究が進められてきました。

構造相転移現象に注目すると、形状記憶合金が有名ですが、軽い・柔らかいと

いった点から有機結晶も注目を集めています。本研究グループはこれまで、

光を当てると屈曲するメカニカル結晶や加熱・冷却によって歩き走るロボット結晶を

開発してきました。今回、本研究グループは構造相転移を生じる光反応性結晶に、

その相転移温度よりも低い温度で光を照射すると同じ相転移が起きる「光トリガー相転移」

を発見しました。

 さらに、光トリガー相転移は光異性化反応で生成した分子によるひずみによって

発現するという機構を明らかにしました。

 光トリガー相転移は光照射によって起きるため、加熱・冷却をしなくても相転移を

引き起こすことができます。そのため、光によって操作できるセンシングやスイッチング、

メモリ、アクチュエータなど、光応答性結晶材料への応用と実用化に寄与することが

期待されます。

 なお、本研究成果は2019年2月20日(水)付の英国Nature Publishing Groupの

オープンアクセス科学雑誌Communications Chemistryで発表されました。

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