Hybrid single crystallization using poorly-soluble organic and inorganic compounds for novel terahertz wave source

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17K05972
• Research Institution: Ibaraki University
• Principal Investigator: 松川 健 茨城大学, フロンティア応用原子科学研究センター, 産学官連携助教 (60580876)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 有機無機複合材料 / テラヘルツ波 / 結晶成長

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、結晶成長が容易な非中心対称性無機錯体結晶中に高い非線形性を有する有機分子を包括するという発想から、難結晶化有機分子を無機結晶に包括させた有機-無機複合型バルク結晶を開発し、THz光源素子としての基礎的性能を実証する。
研究期間最終年度は、空孔を有する錯体スポンジ結晶を骨格として、その空孔部分に有機低分子を内包させた結晶開発に取り組んだ。具体的には錯体結晶(ZnI2)3(tris-4-pyridyltriazine)2結晶(以下、錯体1結晶)の大型結晶成長と溶媒交換反応による有機低分子MNA分子の内包を行った。昨年度までの研究結果から得られた溶媒交換法と結晶大型化の併用技術の課題から、ニトロベンゼ-メタノール溶媒中で結晶大型化を行った後、再度恒温槽の温度を上げて結晶中に溶媒の出し入れをスムーズにする方法を試みた。この結晶スポンジ結晶をTHz光源として利用するため、本研究では①結晶の大型化、②シクロヘキサンを有機非線形光学分子に変換する溶媒交換の２つを実施した。
40℃の恒温槽内においてニトロベンゼン含有錯体1結晶を合成後、室温まで1カ月かけて徐冷した結果、約4mm角程度のバルク単結晶を得ることに成功した。その後ニトロベンゼン含有錯体1結晶の入ったニトロベンゼン-メタノール溶液をシクロヘキサン溶液へデカンテーションさせた。しかしながら、この溶媒交換中でバルク結晶が粉砕破壊されるという問題が発生した。また、シクロヘキサンに溶媒交換した微結晶に対し、有機非線形光学分子として広く認知されているメタノール溶液に溶解させたMNAを用いて溶媒交換させた。Nd:YAGレーザーの1064nm光を得られた結晶に照射したところ、532nm由来の緑色の第二高調波光を観測できなかった。