2024年 | プレスリリース?研究成果
キラルな高圧氷と水の界面にキラル液晶らしき水を発見 ―水と鏡のミステリアスな関係―
【本学研究者情报】
〇多元物质科学研究所 助教 新家寛正
【発表のポイント】
- キラリティ（注1）を持つ高圧氷滨滨滨（注2）と水の界面に现れる未知の水にキラル秩序を発见しました。
- 未知の水がキラリティを持つ液晶（注3）状态を取る可能性を示すダイナミクスを捉えることに成功しました。
- 未知の水に"homoimmiscible water"という英語名と"同素不混和水"（注4）という日本语名を命名しました。
- 生命におけるキラリティと水の関係性に新たな视点を提起する成果です。
【概要】
水は人类を含む生物にとって极めて身近で重要であり、多くの自然现象を支配する奇妙な性质を示す液体でもあります。またキラリティという、右手と左手の関係のような镜合わせの构造同士が异なる性质は、自然界に普遍的に存在し、生命の起源とも関わる重要な性质です。
東北大学多元物質科学研究所の新家寛正助教、北海道大学低温科学研究所の木村勇気教授、鳥取大学工学部機械物理系学科の灘浩樹教授と東京大学大学院総合文化研究科 広域科学専攻／附属先進科学研究機構の羽馬哲也准教授を中心とする研究グループは、これまでの研究で様々な氷と水との界面にできる通常の水と混ざり合わない低密度および高密度な未知の水や、液晶らしき未知の水を発見しています（文末の過去のプレスリリース参照）。今回、結晶構造にキラリティを持つ高圧氷滨滨滨と水の界面に液晶らしき未知の水が現れる際に生じる波模様にキラリティがあることを発見しました。これにより、氷IIIと水の界面に現れる未知の水は、キラリティを持つ液晶である可能性を世界で初めて示しました。本成果は、水とキラリティが関わる広範な科学領域に分野を問わず貢献します。
本成果は、物理化学分野の専門誌The Journal of Physical Chemistry Letters に1月11日（米国太平洋標準時間）付でオンライン掲載されました。
図1. 水/氷III界面における同素不混和水のスピノーダル様の生成ダイナミクスの微分干渉光学顕微鏡その場観察像。
础：加圧により成长する氷滨滨滨単结晶と波模様を呈しながら界面に形成する同素不混和水。
叠：図础の拡大像。同素不混和水が両连続的な波模様を形成していることがわかる。
颁：図叠の2次元高速フーリエ変换像。特定方向に伸长した涡状のパターンが生成されていることがわかる。
D : 同素不混和水の模式図。
【用语解説】
注1. キラリティ
镜合わせの関係にある2つの构造が异なる性质のことを指す。キラリティがあることをキラルといい、キラルな构造の代表例には人间の手の形がある。右手の形を镜に映すと左手の形になり、これら镜像体の形は异なるため、手の形にはキラリティがある。一方で、例えば、立方体を镜に映した构造は立方体であり、立方体の镜像体同士は同じ构造を示すため、立方体にはキラリティがないことになる。キラリティがないことをアキラルという。人间の手の形の他に、キラリティがある构造の例として、右巻きと左巻きが存在するらせん构造が挙げられる。
注2.高圧氷滨滨滨
私たちが普段目にする氷は氷滨hと呼ばれ、六角柱状の水分子の并びを基本构造とした六方晶系という结晶构造に分类される。その一方で、水を加圧することで结晶化する高圧氷も存在する。高圧氷は氷滨hとは结晶构造が异なる。中には0℃以上の温度で结晶化する高圧氷も存在する。本研究で着目した氷滨滨滨は高圧氷の一种で正方晶系という结晶构造に分类される、正方形を底面とした直方体の形を基本格子とした结晶である。さらに、氷滨滨滨を构成する水分子はらせん状に配列されているため、氷滨滨滨の结晶构造にはキラリティがある。
注3. 液晶
结晶と液体の中间にある物质の状态で、ガラスとは异なり缓やかな规则性を持っている状态を指す。すなわち、结晶の持つ周期性や物性の异方性と、液体の持つ流动性を併せ持つ物质の状态である。
注4. 同素不混和水
本研究で命名した、水と氷（高圧氷）の界面においてバルクの水と分离し生成する未知の水の総称。科学用语の"同素体"と"液体不混和"を基にした名称である。同素体とは、グラファイトとダイヤモンドのように、同じ原子で构成されていながらも、原子の并び方の违いによって异なる性质を示す物质群を指す用语である。一方で、液体不混和とは、水と油のように液体同士が混ざり合わない现象を指す用语である。液体不混和は异なる元素で构成される液体同士で一般的にみられるが、水と未知の水は同じ水であるため、同素体の液体不混和と见なすことができる。そのため、未知の水を同素不混和水と命名した。
详细（プレスリリース本文）※2024年1月12日に订正版へ差替え
※以下のとおり订正いたしました。
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修正前：1月10日18时（米国太平洋标準时间）付でオンライン掲载されました。
修正后：1月11日（米国太平洋标準时间）付でオンライン掲载されました。
问い合わせ先
（研究に関すること）
東北大学 多元物質科学研究所 光機能材料化学研究分野
助教 新家 寛正 （にいのみ ひろまさ）
电话：022-217-5671
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（报道に関すること）
東北大学 多元物質科学研究所 広報情報室
电话：022-217-5198
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