G-HAUPによる有機・無機材料のキラル光学的性質及び光学的異方性測定


図1. キラル光学的性質と光学的異方性
 左右円偏光に対する屈折率の差である旋光性や吸収率の差である円二色性といった「キラル光学的性質」(図1) は,それぞれ1811年,1869年にArago,Cottonによって発見された。 しかしながら, 発見以来170年を経ても, 異方性媒質におけるキラル光学的性質の正確な測定はその重要性にも関わらず困難であった。 これは,キラル光学的性質に比べ100-1000倍ほど大きな直線複屈折や直線二色性といった「光学的異方性」により,キラル光学的性質を光学的異方性から分離することができなかったためである。
 1983年,当研究室の前身である本学応物・小林諶三研において,透明な異方性媒質における旋光性と直線複屈折の同時測定が可能な測定原理および「高精度万能旋光計 (High Accuracy Universal Polarimeter:HAUP,ハウプ) 」 と呼ばれる光学測定装置が開発された [1]。 その後,HAUPの測定原理は吸収を持つ異方性媒質にまで拡張され,旋光性や直線複屈折に加え,円二色性及び直線二色性の同時測定も可能となった [2]。 現在では,旋光性,円二色性,直線複屈折,直線二色性の温度依存性に加え,それぞれの波長依存性も全自動測定出来る「一般型HAUP (Generalized-HAUP:G-HAUP) 」 (図2) を構築し,紫外可視領域におけるスペクトル測定が可能となっている [3]。



研究内容



図2. G-HAUPの外観 (上) とその光学系 (下)
銅酸化物高温超伝導体の光学的性質と対称性の破れ
 1986年に高温超伝導が発見されて以来、現在になっても不明である発現機構を解明するため、電荷秩序・磁気秩序を明らかにする必要がある。 また、これらの秩序は空間反転対称性の破れおよび時間反転対称性の破れに密に繋がる。 当研究室では、代表的な銅酸化物高温超伝導体Bi2Sr2CaCu2O8+xのバルク試料を用いて、キラル光学的性質の波長依存性を測定する。この測定から対称性の破れの存否を議論し、電荷秩序・磁気秩序の形成を見出すことを目指す。

HAUPによる光学的物理量の測定と定義の再確認
 固体状態における光学的物理量の定義は、正式にはずっと曖昧なままであった。 そこでMgF2及びカンファースルホン酸ナトリウム塩を用いてそこで、MGF2およびカンファースルホン酸ナトリウム塩を用いて円二色性を測定し、物理量を再定義する。 これにより、結晶構造や配向性材料における分子構造に関する知見を明らかにする。

結晶のキラリティと強誘電性の関係
 HAUPを開発した小林諶三研では、強誘電体の研究も盛んであり、強誘電体のキラル光学的性質も測定していた。強誘電体とは、外部電場がない環境下でも分極を発生させる性質を持つ誘電体のことである。 その中でも、キラル結晶でもある硫酸トリグリシン(Triglycine sulfate ; TGS)において、小林らは、TGSの分極が反転するとキラリティも反転することを明らかにした[4]。 当研究室では、微量分子の添加によるTGSの分極とキラリティの関係に着目し、両者の関係を解明することを目指す。



参考文献

[1] J. Kobayashi et al., J. Appl. Cryst., 16, 204 1983.
[2] J. Kobayashi, T. Asahi et al., Phys. Rev. B, 53, 11784, 1996.
[3] M. Tanaka, T. Asahi et al., J. Phys. D: Appl. Phys., 45, 175303, 2012.
[4] J. Kobayashi, et al., J. Appl, Phys., 69, 409-413, 1991.