[論文レビュー] On the structure of the Nx phase of symmetric dimers

Anke Hoffmann, Alexandros G. Vanakaras+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 21, 2014

Liquid Crystal Research Advancements被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、重水素NMRを用いて対称ジマーのNx相を調査し、分子がねじれ湾曲ネマチック構造ではなく、一意の方向周りにねじれをもった秩序だてられた配列をとることを明らかにした。結果は、相反するヘリシティを持つ高次元で相関した分子集合体のモデルを支持しており、空間的整列子の変動を前提とした従来の解釈に挑戦するものである。

ABSTRACT

NMR measurements on a selectively deuteriated liquid crystal dimer CB-C9-CB exhibiting two nematic phases show that the molecules in the lower temperature nematic phase, Nx, experience a chiral environment and are ordered about a unique direction. The results are contrasted with previous reports that proposed a twist-bend spatial variation of the director. A structural model is proposed wherein the molecules show organization into highly correlated assemblies of opposite chirality.

研究の動機と目的

• 対称ジマーに見られる二つのネマチック相を示すNx相の構造的性質を解明すること。
• Nx相が空間的に変化する整列子を有するねじれ湾曲ネマチック構造を示すという仮説を検証すること。
• Nx相における分子秩序が、ヘリシティの環境由来であるのか、あるいは長距離的な整列子の歪み由来であるのかを特定すること。
• 観察されたねじれ分子環境を説明するNMRデータと整合する構造モデルを提案すること。

提案手法

• 分子配向および動態を調べるために、選択的重水素化された液晶ジマー（CB-C9-CB）を用いて重水素NMR分光法を実施した。
• 選択的重水素化により、分子配向および局所的ヘリシティ環境のサイト特異的分析が可能になった。
• NMR四重項分裂パターンの解析により、Nx相における分子がねじれ環境を経験していることが判明した。
• 空間的整列子の変動を除外するために、ねじれ湾曲ネマチック相の理論的モデルとデータを比較した。
• 相反するヘリシティを持つ分子の高次元で相関した集合体に基づく構造モデルを構築した。
• 補足資料の補足PDFには、検証のための追加的な実験的および分析的詳細が記載されている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 対称ジマーのNx相は、空間的に変化する整列子を有するねじれ湾曲ネマチック構造を示すか？
• RQ2 NMRによって観察されたNx相におけるねじれ環境の起源は何か？
• RQ3 Nx相における分子相関は、従来のネマチック相とどのように異なるか？
• RQ4 観察されたNMRデータは、整列子の歪みではなく、ねじれ分子集合体モデルによって説明可能か？
• RQ5 局所的ねじれ環境が存在するにもかかわらず、マクロなねじれ性が観察されない構造的特徴は何か？

主な発見

• 重水素NMR四重項分裂パターンの証拠から、Nx相における分子はねじれ環境を経験していることが示された。
• Nx相は、空間的に変化する整列子を有するねじれ湾曲ネマチック構造を示さず、これまでは提案されていた仮説と矛盾する。
• 観察されたねじれ環境は、相反するヘリシティを持つ分子が高次元で相関した集合体として組織化されることに起因する。
• Nx相における分子配列の特徴的な方向は、局所的歪みではなく、長距離的なねじれ秩序構造と整合的である。
• データは、マクロなねじれ性ではなく、集団的かつ相関した相互作用によって安定化されるねじれ分子配列モデルを支持している。
• 本研究の結果により、長年のNx相構造に関する曖昧さが解消され、ねじれ秩序を示す相関した集合体モデルがねじれ湾曲整列子モデルよりも優位であると結論づけられた。