液晶の発見

液晶の発見は、今から１世紀以上前の1888年にさかのぼる。

余談だけれど、1888年って日本ではどんな事があった頃だか分かるかな？
日本で1888年といえば、明治21年。日本では最初の総理大臣を伊藤博文がしていた頃。
東京の上野駅ができたのが1883年。それくらい昔のこと。
ちなみに、東京理科大学ができたのは、明治14年の1881年なんだ。
その頃はまだ「東京理科大学」ではなく、「東京物理学校」のさらに前、「東京物理学講習所」って名前だったんだ。

最初から話がそれちゃったけど、さぁ、話を戻そう。
時は1888年･･･
液晶はオーストリアの植物学者 Friedrich Reinitzer(ライニッツァー)によって発見された。
彼はコレステロールについて研究していたんだけど、研究していくうちにコレステロールの安息香酸エステルの結晶を加熱していくと白く濁る事を不思議に思ったんだ。
そしてよく調べてみると、このコレステロールの安息香酸エステルの結晶を加熱したら、145.5℃で溶けて白く粘り気のある液体になり、178.5℃で透明になることを報告したんだ。
つまり２つの融点が存在する事を報告したんだ。

でも、実はこの現象を初めて発見したのはライニッツァーではないんだ。
もっと前からこの現象は観察されていた。
例えば、ライニッツァーの論文の中には、Berthelotら数人の研究者が２つの融点を観察していた事が記してある。
つまり、多くの研究者が２つの融点を持っていることを観察していた。
じゃあ、どうしてライニッツァーが見つけるまでみんな分からなかったのか？
簡単に言ってしまうと、みんな見逃していたんだ。
もう少し正確に言うと、２つの融点が存在する事は知っていたけれど、みんな不純物のせいだと思い込んでいた。
(たしかに不純物によるものもあったかもしれないけれど)
ちゃんとした精製物質で調べたのはライニッツァーが初めてだった。
だからライニッツァーは不純物によるものじゃないって分かったんだ。

そんなわけで、ライニッツァーはこの不思議な液体を見つけた。
そしてもっと詳しく調べるため、
ドイツの物理学者Otto.Lehmann(レーマン)に詳しい研究を任せたのです。
当時、Lehmannは結晶を研究する若手の物理学者でした。
なぜLehmannに研究をお願いしたのか？
それはLehmannが試料を暖めながら顕微鏡で観察できる装置を持っていたからです。
温度によって色や性質が変わるこの不思議な液体の研究にはこの装置が不可欠だったのです。
ちなみに、この温度によって性質が変わる液晶の事をサーモトロピック液晶って呼びます。

さて、ライニッツァーからレーマンの手に渡ったこの不思議な液体。
レーマンはこの不思議な液体を偏光顕微鏡で観察し、ある現象を確認した。
それが、複屈折という現象。複屈折は異方性を持つもの、いわゆる結晶でしか起こらない現象です。

ここでちょっと複屈折についてのお勉強。
複屈折というのは、物質の方向によって屈折率が違うという現象なんだ。
例えば、水みたいな液体の屈折率は方向が違っても一定だけど、
異方性を持つ結晶は方向によって屈折率が違うから、
入ってきた光の方向によって屈折の度合いが変わってしまう。
さらに屈折率が方向によって違うから、光の速度も方向によって変わってしまう。
例えば、複屈折を示す物質を通した光は、多くの場合２つに分かれてしまうんだ。
そのために、向こう側が二重に見えたりするんだよ。
複屈折ってなんだか不思議だよね。

さぁ、複屈折の意味も分かった(？)ところでまた液晶の歴史に戻りましょう。

不思議な液体に複屈折という異方性を持つ結晶独特の性質が見つかったことから、レーマンはこの不思議な液体が結晶の一種だと考えたのでした。
そして液体なのに結晶、つまり液晶であると論文に記したのです。
このレーマンの論文が発表されその後の液晶研究は一気に加速していきます。
これが液晶の発見の歴史です。

[参考文献]
液晶　共立出版　立花太郎他著　1972
液晶のしくみがわかる本　技術評論社　竹添秀男他著　2001