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分子科学研と静岡大、磁石を使ったキラル結晶の右左判定の実験に成功

「キラル超伝導体」を用いた実験の概要図

分子科学研と静岡大は、磁石を使ってキラル結晶(片巻き方向にねじれたらせん状の原子配列を持つ結晶)の左巻きと右巻きの区別をする実験に成功した。

研究グループは、CISS(※)効果を応用した実験を実施。非常にミクロなキラル分子の電子スピンの分布はそのままでは観察が困難であることから、CISS効果を1000倍以上にスケールアップして観察できる「キラル超伝導体」を用いた。キラルな有機超伝導体に電極を付け、交流電流を流した。その際、上下の電極を磁石にし、磁石のN極とS極、超伝導体から出てくるスピンの上下の関係を電圧としてモニターできるようにした。※Chirality-Induced Spin Selectivity(キラリティ誘起スピン選択性):電子がキラル分子を通過した際、進行方向に対して平行または反平行に電子のスピンが向く効果。

低温で超伝導状態になると、キラル超伝導体結晶の上下に対して互いに逆側を向くような2つの電子スピンが現れ、結晶の右と左を逆にすればスピンの内向きと外向きも逆になることが分かった。それにより、キラル分子が磁石に付くか付かないかで左右判別が可能になる仕組みを可視化して証明できたという。

キラル分子は、ねじのように左巻きと右巻きがあることが特徴だ。基本構造が同じでも、左巻きなのか右巻きなのかで作用が大きく異なることがあり、例えばそれぞれが「薬」と「毒」と対極の特性を持っていることなどもあり得る。この実験結果で、キラル分子の左右を効率よく分別できるようになる可能性が見えた。それによりキラル分子による創薬や機能性分子開発に関する研究、さらには量子コンピューターの開発の発展につながることが期待できるという。

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