3顿プリンタで空间に広がる物理量を可视化 分子内の电子密度の分布を透明な树脂の中に描写
3顿プリンタで透明の树脂中に描写したフラーレン分子(颁60)の电子分布密度
树脂でできた模型の大きさは5肠尘角。赤い点が电子の分布密度（电子云）を示す。模型の下半分はボールとスティックとで原子と原子间の结合を表す分子模型に电子云を重ねて描写している。电子云はそれぞれの炭素の原子核の周囲に同様の状态に分散していることが理解できる。
© 2017 山崎淳
东京大学物性研究所の山崎淳技术専门职员らの研究グループは、空间に分布する物理量を、3顿プリンタで出力できるデータに変换するプログラムを开発しました。このソフトウエアで得られたデータをインクジェット型の3顿プリンタに入力し、例としてサッカーボール型のフラーレン分子を构成する炭素原子の间の电子密度分布を透明な树脂中に描写することに成功しました。
従来、分子内における原子の配置を3次元的に表现する分子模型は、原子を球体、原子间の结合を棒の形状で示すボールスティックタイプが主として用いられていました。この方法では、原子内の电子がどのように広がっているかという密度分布と分子の机能の関係を理解することが困难でした。
今回、研究グループは、フラーレン分子（颁60）を构成する炭素原子间の结合を担う电子密度分布（电子云）のデータを、ドットデータ（点で表されたデータ）に変换するコンピュータプログラムの开発に成功しました。このドットデータをインクジェット型3顿プリンタに入力することで、透明な树脂の中に电子云を描写した分子模型を制作しました。
この分子模型により、电子密度が分子中にどのように分布しているかが容易に理解できるため、电子が関与する新しい机能をもった分子の开発等に役立てられると期待されます。今回开発したプログラムを用いることによって、电子密度のほかに云、银河、建物や车の周囲の気流などを描写することも可能であり、幅広い领域での応用が期待されます。
「ボールスティックタイプの分子模型だと、苦労してスパコンで计算した电子密度が表现できないという课题がありましたが、今回の技术で解决できました」と山崎技术専门职员は话します。「透明の树脂の中に目に见えない物理量をどうやって描写するか考えることはとても楽しいです」と続けます。
「自分の作ったプログラムで美しい电子云アートが完成したときは感动しました」と株式会社クロスアビリティの长代氏は话します。「电子密度のシミュレーション结果をこれまでの2次元的な画像から3顿プリンタを用いて3次元的に表せるようになったので、新しいサイエンスの発展にこの表现方法を役立てるようにしたい」と今后への意気込みを続けます。
本成果は、株式会社クロスアビリティの长代新治氏らとの共同研究によって得られたものです。
论文情报
, "Development of STL files generation codes for molecular modeling incorporated with electron clouds using 3D-printer", Proceedings of the 30th symposium of Molecular Simulation Society of Japan p46-47.
