熱エネルギーで秩序状態と無秩序状態を行き来する化学システムを開発研究成果

二種類の気体を混合すると、互いに混ざり合い自発的に無秩序な状態になる一方で、混ざった気体を温度変化だけで元の分離した秩序状態へ戻すことは一般的にはできません。東京大学大学院総合文化研究科の平岡秀一教授らは、分子が自発的に集合化する自己集合という系を利用して、熱エネルギーを使って化学的に秩序状態と無秩序状態間を繰り返し行き来する化学システムを構築しました。化学構造の異なる、二種類の歯車状両親媒性分子から水中で箱型の六量体を形成するナノキューブと呼ばれる自己集合体を形成し、核磁気共鳴（NMR）分光および質量分析により、ナノキューブ間における構成要素（歯車状両親媒性分子）の交換について調べました。構成要素がランダムに混ざった無秩序状態のナノキューブの混合物を100 °Cで加熱後、0 °Cへ急冷すると、単一の構成要素からなるナノキューブを主成分とする秩序状態へ変換できることを示しました。二つの状態間を外部エネルギーにより変換する系はスイッチやメモリーとして働きます。本研究のように構成要素が集合化した分子系では、構成要素間の交換に伴う状態間の大きな変換が起こるため、マクロな物理的もしくは化学的な特性が変化する材料の開発が期待されます。