| Project Area | Chiral materials science pioneered by the helicity of light |
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| Project/Area Number |
22H05134
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (II)
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| Research Institution | Osaka Metropolitan University |
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Principal Investigator |
中嶋 琢也 大阪公立大学, 大学院理学研究科, 教授 (70379543)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
廣瀬 崇至 京都大学, 化学研究所, 准教授 (30626867)
森末 光彦 京都工芸繊維大学, 分子化学系, 助教 (40403357)
山田 美穂子 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (70726257)
河合 壯 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (40221197)
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| Project Period (FY) |
2022-06-16 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2025)
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| Budget Amount *help |
¥95,290,000 (Direct Cost: ¥73,300,000、Indirect Cost: ¥21,990,000)
Fiscal Year 2026: ¥16,770,000 (Direct Cost: ¥12,900,000、Indirect Cost: ¥3,870,000)
Fiscal Year 2025: ¥18,720,000 (Direct Cost: ¥14,400,000、Indirect Cost: ¥4,320,000)
Fiscal Year 2024: ¥18,590,000 (Direct Cost: ¥14,300,000、Indirect Cost: ¥4,290,000)
Fiscal Year 2023: ¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
Fiscal Year 2022: ¥24,050,000 (Direct Cost: ¥18,500,000、Indirect Cost: ¥5,550,000)
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| Keywords | キラリティー / 円二色性 / 円偏光発光 / 自己組織化 / 超螺旋光 / 励起状態 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、光の螺旋性と強く相互作用し、構造と励起子挙動を協奏的に制御するキラル秩序を有する分子・集合体の開拓を目的とする。(1)合理的なキラル分子設計と集合体のらせん秩序化に基づく極限円偏光発光の実現、らせん秩序を有する分子・分子集合体における励起子のスピン偏極とコヒーレント制御、に取り組む。さらに、(1)に対して、(2)「超螺旋光」を作用させることで、光の角運動量の保存・損失・補償・増幅を励起子の挙動として評価する。領域内の共同研究を通じた新規理論の構築、超螺旋光によるキラル集合構造の階層的らせん秩序化など新奇現象の発見を通して領域の推進に貢献する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、代表者のグループにおいて、キラル構造を有する銀クラスター（Ag29クラスター）の開発ならびに構造・物性評価を進めた。この銀クラスターは、コアシェル階層構造を有し、シェルに有機配位子のらせん配列を有するキラル構造を有している。まず、ラセミ体のAg29クラスターのキラルHPLCによるエナンチオマー分離を行った。分離したクラスターについて円偏光発光（CPL）特性を評価したところ、680 nm付近に微弱なCPL特性を示した。続いて、分離したクラスターをピリジンに分散し、カチオン性の銀錯体を添加することで、近赤外I領域（～770nm)に強発光することを見出した。円二色性（CD）スペクトルにおいては、ほとんど変化が見られず、基底状態のキラル構造はほとんど変化しないことが分かった。一方、CPLスペクトルにおいては、非対称性因子の6倍以上の増幅が観測された。これは、表面に結合したAg(I)イオンと、光励起された電子が強く相互作用することで、キラル構造を有する表面局在の発光を生じたことで、優れたCPL特性が得られたものと考察した。
分担者の森末らは、キラル置換基を有する新規な発光分子を開発し、円偏光発光特性を見出している。廣瀬らは種々のヘリセン分子を合成し、良好な円偏光発光特性を見出している。特に、らせん軸を揃えたヘリセン配列を有する単結晶構造を得ており、今後のCPL特性に期待が持たれる。中嶋・河合（連携研究社）は共同で、らせん状の分子集合体中における励起子拡散挙動を評価し、その異方性と分子配列構造の相関を明らかにした。
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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
代表者、各分担者グループにおいて、キラルな物質群の創成と、キラル光学特性の発現が確認されている。理論グループとの連携が進み、また、領域内の計測グループとの共同研究にも着手できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
2024年度は、代表者、各分担者において、定常光（非超螺旋光）に対して、優れた光応答性、円偏光二色性、円偏光発光特性を示す金属クラスター、キラル分子、キラル錯体について開発を進めた。特に、金属クラスターについて、励起状態の特性に依存して、時間、温度応答性の円偏光発光特性を見出した。
2025度は、引き続き、独創性の高い、キラル分子、ナノ物質の開拓を推進し、これらの物性開拓ならびに超螺旋光との相互作用を中心に検討を行う。
共同研究により、円偏光増幅アンテナとなるシリコンメソパターン化基盤を作成し、その表面をキラル分子、錯体で修飾し、円二色性ならびに円偏光発光特性の増幅について検討を行う。具体的には、顕微鏡システムを用いた円偏光照射に伴う、発光特性の円偏光依存性（蛍光検出円二色性）を評価する。さらに、シミュレーションにより増幅メカニズムについて明らかにする。
また、キラル分子と超螺旋光との相互作用について知見を得るため、代表者、分担者が有するキラル分子、錯体、超分子を積極的に領域内に提供し、多様な物質操作系、評価系における共同研究を推進する。具体的には、色素ドープポリマーへの光渦照射による、色素配列構造へのらせん構造転写、光渦を用いた光重合による、ポリマー主鎖骨格へのらせん構造転写などである。
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