n -アルカンやポリエチレンなどの鎖状分子の構造形成の問題は、物理や化学 の分野においてだけではなく、生物や物質科学の分野においても、非常に関心を持たれ ている。鎖状分子は、内部自由度が大きいため、多様な構造を取り得る。この構造の多 様性が、鎖状分子の多様な機能の基礎となっている。本研究では、鎖状分子の構造形成 過程を分子レベルで解明するため、多数本の短い鎖状分子の分子動力学シミュレーショ ンを行い、配向秩序構造の形成過程及び得られた配向秩序構造における鎖状分子の分子 運動性の解析を行った[1,2]。

　鎖状分子のモデルとして、最も単純な内部構造を持つポリメチレン鎖(メチレン基 CH₂が20個連結したもの)を用い、メチレン基は1つの質点として扱う。先ず 高温(700 K)において、100本の鎖状分子のランダムな配位を作る。次にそれを400 Kに 冷却し、シミュレーションを行う。その後引き続き、100 K/2 nsの割合で100 Kま で段階的に冷却する。

　図１に、400 Kにおける個々の鎖状分子の重心の位置を示す。図中の六角形は正六角 形であり、鎖状分子が六方相を形成していることが分かる。実際、格子定数a とbの比a/bは、3^1/2となっている。また、格子定数の比 a/bは、温度の低下と共に減少し、六方相から斜方相へ転移する。次に、鎖状 分子の並進運動性を調べるため、各軸に沿った鎖の重心の平均揺らぎを層毎に計算した。 a -軸及びc -軸に沿った平均揺らぎを図２に示す。鎖の並進運動性の詳 細な解析により、以下のことが明らかになった。 (1) 鎖軸方向(c -軸方向)の鎖状分子の運動性は、温度の上昇と共に、劇的に増 加する。それに対して、横方向(a -軸またはb -軸方向)の運動性は、温 度変化にそれほど敏感ではない。 (2) 外側表面の数層(l =4〜6)における鎖の分子運動性は、内側の層(l =0〜3)における鎖の運動性より大きい。 (3) 六方相において、鎖状分子は鎖軸方向に移動しやすい。この結果は、高分子結晶化 の滑り拡散理論の基礎となる「六方相における鎖の滑り拡散」の存在の微視的証拠であ る。