リキッドクリスタルを用いた新しい計算方法を研究者が発見

シカゴ大学プリツカー分子工学大学院の研究者は、リキッドクリスタルと呼ばれる材料で論理演算の基本要素を設計する方法を実証しました。この新しい開発は初めてのことであり、計算の新しい方法につながる可能性があります。

この研究は、Science Advancesに掲載されました。

この新しい技術は、すぐにトランジスターやコンピューターにはつながらないかもしれませんが、計算、センシング、ロボティクスにおける新しい機能を持つデバイスを作成する上で大きな役割を果たす可能性があります。

Juan de Pabloは、分子工学のLiew Family Professorであり、Argonne National Laboratoryのシニアサイエンティストです。また、この研究のシニア著者でもあります。

「回路の基本的な構成要素、つまりゲート、アンプ、コンダクターを作成できることを示しました。つまり、より複雑な操作を実行できる構成を作成できるはずです」とJuan de Pabloは述べました。「アクティブマテリアルの分野にとって非常に興奮する一歩です」。

リキッドクリスタル

この研究は、リキッドクリスタルと呼ばれる材料に重点を置いています。リキッドクリスタルの独自の特性の1つは、その分子が通常長い形をしており、密集したときにある程度の秩序をもった構造をとることです。しかし、この構造は液体のように変化することができ、科学者はこのような特性を利用して新しい技術を開発することができます。

液体晶の分子秩序は、すべての液体晶の中に、秩序付けられた領域が互いに接触するスポットがあることを意味します。ただし、その向きは完全に一致しないため、科学者はそれを「トポロジー欠陥」と呼びます。また、これらのスポットは液体晶が動くにつれて移動します。

研究チームは、これらの欠陥を利用して情報を伝達することができるかどうかを探究しています。ただし、これらの欠陥を制御することは非常に難しく、従来はこれらの欠陥の挙動を制御することができませんでした。

「通常、顕微鏡でアクティブ液体晶の実験を見ると、完全な混沌を見ているようなものです。欠陥があらゆる方向に動き回っているのです」とJuanは述べました。

ブレークスルー

ブレークスルーは、去年、Juanの研究室で行われたプロジェクトによって達成されました。このプロジェクトは、当時プリツカー分子工学大学院のポスドク研究員だったRui Zhangが主導しました。彼は、UChicagoのMargaret Gardel教授の研究室とStanfordのZev Bryant教授の研究室と共同で研究を行いました。

研究チームは、トポロジー欠陥を制御するための技術セットを発見しました。液体晶にエネルギーを入れる場所を制御することで、欠陥を特定の方向に誘導することができます。

「これらは回路内の電子と同じような特性を持っています。長距離に移動させることができ、増幅することができ、トランジスターゲートのように開閉することができます。つまり、比較的複雑な操作に利用できる可能性があります」とZhangは述べました。

計算に利用できる可能性はあるものの、これらのシステムはソフトロボティクスの分野でより有用である可能性があります。研究チームは、アクティブ液体晶の助けを借りて、ある程度の「思考」を実行できるソフトロボットを作成できる可能性があると考えています。

また、トポロジー欠陥を利用して、微小な液体やその他の材料を小さなデバイス内に輸送することができる可能性もあります。

「たとえば、合成細胞内で機能を実行することができるかもしれません」とZhangは述べました。

研究チームには、UChicagoのポスドク研究員であるAli Mozaffariも含まれています。チームは、理論的な発見を確認するための実験を実施することに取り組んでいます。