2013 Fiscal Year Annual Research Report
TPCO結晶の量子コヒーレンスがもたらす超放射現象
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25286042
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
柳 久雄 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 教授 (00220179)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
香月 浩之 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 准教授 (10390642)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 超放射 / 量子コヒーレンス / 有機レーザー |
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| Research Abstract |
強発光性のπ共役オリゴマーである(チオフェン/フェニレン)コオリゴマー（TPCO）の低次元結晶を短パルスレーザーで強励起したときに、結晶を自己共振器とする光励起レーザー発振が起こる励起密度閾値前後で観測される時間遅れを伴ったパルス型遅延発光の起源を解明するため、TPCO誘導体分子を用いた集合体設計を行い、結晶中における会合構造や分子配向と遅延特性の関係を調べた。
(1) シアノ基置換したTPCO分子の結晶成長と構造決定
代表的なTPCO分子であるBP1Tの分子両末端にシアノ基を導入したBP1T-CN分子を用いて気相成長による結晶化を行い、BP1T-CNはこれまで報告されているTPCO分子とは異なる三斜晶系に属するロッド状や薄板状結晶を形成することを明らかにした。このBP1T-CN単結晶を用いて光励起発光測定を行った結果、結晶端面をファブリ-ペロー共振器とするレーザー発振が得られ、その発振励起密度前閾値領域で最大50 psのパルス型遅延発光を観測した。この遅延時間は、これまで斜方晶系のTPCO結晶で観測されたものより短いことから、結晶中における分子パッキングの違いによる分子間励起子相互作用が遅延時間に影響を及ぼしていることが明らかとなった。
(2) 量子コヒーレンスの観測
(1)で観測されたBP1T-CN結晶のパルス型遅延発光に量子コヒーレンスが関与しているかどうかを調べるために、ロッド状結晶を用いたダブルスリット実験を行った。BP1T-CN結晶をフェムト秒パルスレーザーで強励起し、ロッド状結晶の両端から放射した発光をダブルスリットを通して干渉させた結果、離れた二点間の発光が空間的なコヒーレンスをもっていることがわかった。このコヒーレンスが、単にレーザー発振で生じたものか、量子コヒーレンスによるものか、今後の検証が必要である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度の実施計画に上げたTPCO誘導体分子の設計と合成およびTPCO集合体の構造設計と結晶成長に関しては、新しいBP1T-CN分子を用いた結晶化とその構造の決定に至ったので、当初の目的を達成した。もう一つ計画した量子コヒーレンスの実証については、BP1T-CN結晶からパルス型遅延発光を観測をするとともに、ダブルスリット実験により発光の空間的コヒーレンスを確認できたことから、まだ量子コヒーレンスの実証までには至っていないものの、当初の計画がほぼ順調に計画が進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度に行ったBP1T-CN結晶を用いたダブルスリット実験により得られた発光の空間的コヒーレンスに、励起分子間の量子コヒーレンスが関与しているかどうかを明らかにしていく。そのため、Ti:Sパルスレーザーを用いたポンプ-プローブ実験を行う。発光強度をポンプ光に対するプローブ光の遅延時間を変化させて測定することにより量子コヒーレンスの存在を明らかにし、その持続時間(位相緩和時間)を求める。また、2組のパルス対を用いたアンチストークスラマン散乱(CARS)測定を行い、量子コヒーレンスに結晶中のコヒーレントな分子振動(コヒーレントフォノン)が関与しているかどうかを調べる。さらに、今年度行ったダブルスリット実験を継続して行い、コヒーレンスの空間的な広がりだけでなくその時間発展を調べる。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
今年度、基金分に未使用金が生じた。その主な理由は、当初予算計上していた機器修理費と謝金等を支出しなかったためである。
未使用金は、平成26年度の物品費のうち、消耗品費(光学部品、基板類、薬品類）に充当して計画的に使用する。
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