2020 Fiscal Year Annual Research Report
Interaction in Dynamic Exciton Studied by Electron Spin Polarization Imaging
| Project Area | Dynamic Exciton: Emerging Science and Innovation |
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| Project/Area Number |
20H05835
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
小堀 康博 神戸大学, 分子フォトサイエンス研究センター, 教授 (00282038)
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| Project Period (FY) |
2020-11-19 – 2025-03-31
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| Keywords | 時間分解電子スピン共鳴 / エキシトン / 有機薄膜太陽電池 / 有機発光素子 / 励起子分裂 / スピン変換 / 振電効果 / 電子的相互作用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では有機系分子を中心とした次世代の光エネルギー変換材料の創成に向け、分子機構の解明が重要な有機薄膜系やD-A連結系において、動的エキシトンによるスピン系相互作用をオングストローム領域の三次元映像で可視化し、三重項励起子や電荷分離立体構造による動的機構・電子状態を明らかにする。電子スピン分極の三次元画像から、時々刻々変化する励起子対、光電荷分離状態の立体配置、運動性による磁気的相互作用の変化を映像化すると共に、D-A間の電子的カップリングを定量する。軌道とスピンとの連動によるスピン変換、再結合性、電荷解離性や束縛性状態の立体配置と運動性を明らかにする。部位特異的分子運動とその周波数がどのようにスピン変換、電荷分離立体配置や電子的カップリングに寄与するかを紐解き、中間体電子軌道による再結合を有効に制御する電子状態を調べる。
物質創成班からの材料提供を受け、有機薄膜太陽電池材料について、光活性層で生成する光電荷分離状態の観測を時間分解電子スピン共鳴法により行った。時間の経過とともに電荷が解離して行く様子が直接的に観測されている。さらに蛍光分光測定から、局在性の高い界面CT状態の挙動も観測されている。有機分子集合体のエントロピー効果によって電荷の広がりが起こりながら電荷解離が進む動的機能が明らかになった。
機能創成班からの提供を受けた発光材料および光有機触媒材料について、時間分解電子スピン共鳴によって三重項CT性状態を観測することに成功した。三重項状態での構造変化が観測された。
ZnS半導体ナノ粒子の光照射で生成する長寿命電荷生成機構を電子スピン共鳴法で明らかにした。ナノ粒子内のナノ秒電荷ホッピングによる解離が明らかになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当該領域による研究課題はスタートしたばかりであるが、研究者間の連携を遠隔会議を頻繁に行うことによって高めている。スピン状態計測も順調なスタートを切っており、データがいくつか出てきている。ZnS半導体ナノ粒子の動的機能が明らかになるとともに論文にも掲載されていることから、当初の計画以上の進展がみられている。
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| Strategy for Future Research Activity |
パルス電子スピン共鳴装置を導入し、各研究グループから得られる試料について、光による動的機能を明らかにする計測を進める。従来の時間分解電子スピン共鳴計測については引き続き研究者間の連携を行いながら進めていく。
なお、未使用額8,300,000円については、調整金として次年度使用しパルス電子スピン共鳴装置の導入に充てる予定である。
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