• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 前のページに戻る

有機共混晶から創生する低閾値FRETレーザ

研究課題

研究課題/領域番号 22K14671
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分33010:構造有機化学および物理有機化学関連
研究機関高知工科大学

研究代表者

松尾 匠  高知工科大学, 環境理工学群, 助教(PD) (00911314)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2022年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2025年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2024年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
キーワード光導波路 / 光共振器 / 有機レーザ / 有機混晶 / エネルギー移動 / FRET / 共混晶 / 結晶エンジニアリング
研究開始時の研究の概要

有機単結晶レーザは化学プロセスによる作製の容易さ、高い構造秩序による高利得性等から次世代の情報光源として期待されているが、実用化にはさらなる低閾値化が必要とされる。低閾値化に向け有機共晶または混晶からのFluorescence resonance energy transfer (FRET)機構に基づいた有機レーザが提案されているが、共晶は分子混合比制御性がなく混晶は結晶性の低下による光導波及び共振器機能の低下が生じやすいと考えられる。本研究ではこれら欠点を解消すべく“有機共混晶”創生に基づく新奇有機単結晶を作製し、それらのFRET機構に基づく低閾値レーザ発振を観測することを目指す。

研究実績の概要

蛍光性の柔軟性有機単結晶として知られている9,10-ジブロモアントラセンをホスト分子として有機混晶を作製した。ホスト分子とゲスト分子の混合溶液を室温下で揮発させることで有機混晶を作製した。ゲスト分子(ドーパント)として同対称性の9,10-ジシアノアントラセン、9,10-ジメチルアントラセン、9,10-ジホルミルアントラセンが1-5%程度の混合比率でドープされた有機混晶を作製することができたことに対し、1,8-ジブロモアントラセン、2,7-ジブロモアントラセンといった対称性が異なるアントラセン分子はドープされずにそれぞれの結晶として析出したことから有機混晶の作製には分子形状や対称性の選択が重要であることがわかった。
9,10-ジブロモアントラセン結晶は青色蛍光を示すが、これに9,10-ジホルミルアントラセンをゲスト分子としてドープした有機混晶はフェルスター型のエネルギー移動(FRET)により蛍光はオレンジに大きく長波長シフトすることがわかった。この有機混晶について顕微蛍光スペクトル測定による蛍光導波特性評価を行い、減衰係数(dB/cm)を算出したところ9,10-ジブロモアントラセン結晶で見積もった減衰係数よりも減衰係数は一桁低下した。またゲスト分子のドープ率の上昇に伴って減衰係数は上昇することがわかった。これら混晶化による減衰係数の低下、すなわち蛍光導波効率の向上はFRETによる蛍光波長の長波長シフトによって導波蛍光の結晶内再吸収ロスが抑制されることに由来すると解釈できた。またこれら混晶について単結晶X線構造解析を行うと、9,10-ジブロモアントラセンとほぼ同一の結晶構造としてその構造を明らかにすることができた。作製した有機混晶は柔軟性を維持していたことから適切な分子との混晶化により柔軟性を維持したまま自在に光学特性を変調できるという可能性を示した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本テーマの主目的であるFRETによる高効率有機レーザの作製に対し、前進する成果を得た。作製した有機混晶ではFRETにより導波蛍光の自己吸収が小さくなることに由来して減衰係数が小さくなることを明らかにしているが、有機単結晶レーザにおいても導波蛍光自己吸収の低減は発振閾値低下に大きく寄与することが期待できる。

今後の研究の推進方策

今回類似した対称性を有するアントラセン系分子では結晶化した際に1-5%程度の混合比で混晶が得られることを明らかにし、混合比に応じて導波効率が変化することも明らかにした。これら知見を活かして蛍光導波損失が小さくなる条件での有機混晶作製を行い、FRET型有機レーザを作製する。本年度はアントラセン分子を主軸に混晶作製を行ったが、今後はよりレーザ媒質に適した分子群としてアントラセン系よりも結晶状態における蛍光量子収率が大きいとされるシアノスチルベン等の分子骨格を用いて有機混晶作製を行う。

報告書

(1件)
  • 2022 実施状況報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Efficient optical waveguiding and lasing in needle crystals of thiophene/phenylene co-oligomers grown in solution2023

    • 著者名/発表者名
      Matsuo Takumi、Hayashi Shotaro、Sasaki Fumio、Yanagi Hisao
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 62 号: 3 ページ: 030903-030903

    • DOI

      10.35848/1347-4065/acbf8f

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Alkyl-Chain Bridged Acrylonitrile-Appended Anthracene Chromophore toward Mechanically-Induced Bathochromic Shift2023

    • 著者名/発表者名
      Tanikubo Hiroki、Matsuo Takumi、Hayashi Shotaro
    • 雑誌名

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      巻: 96 号: 2 ページ: 178-182

    • DOI

      10.1246/bcsj.20220322

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Unique 2D Face Topologies in Naphthyl‐Appended Naphtho[k]fluoranthene‐Based 3D Crystals for Optical Waveguide2023

    • 著者名/発表者名
      Hino Yuto、Matsuo Takumi、Hayashi Shotaro
    • 雑誌名

      Advanced Optical Materials

      巻: - 号: 13 ページ: 2201810-2201810

    • DOI

      10.1002/adom.202201810

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 新規ナフト[1,2-k]フルオランテン分子結晶における異方性蛍光導波及び自己共振機能2023

    • 著者名/発表者名
      松尾 匠, 樋野 優人, 林 正太郎
    • 学会等名
      電子情報通信学会 有機エレクトロニクス研究会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] ナフチル置換フルオランテンの結晶成長による2種類の二次元トポロジー発現とそれらの異方性蛍光導波特性2023

    • 著者名/発表者名
      松尾 匠, 樋野 優人, 林 正太郎
    • 学会等名
      日本化学会第103回春季年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 含窒素Lewis塩基性π共役系分子の合成設計に基づく多成分系分子結晶の創成と光機能2023

    • 著者名/発表者名
      中林 真宏, 松尾 匠, 林 正太郎
    • 学会等名
      日本化学会第103回春季年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] フッ素化ベンゾジアゾール-ビチオフェンによる弾性分子結晶の創成2023

    • 著者名/発表者名
      矢野 圭悟, 松尾 匠, 林 正太郎
    • 学会等名
      日本化学会第103回春季年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 有機単結晶共振器における分子振動をまとった励起子ポラリトン形成に由来する光励起レーザ発振2022

    • 著者名/発表者名
      松尾 匠, 上田 悠介, 水野 斎, 佐々木 史雄, 山下 兼一, 柳 久雄
    • 学会等名
      第83回 応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Lasing and optical waveguide characteristics in one-dimensional crystals of thiophene/phenylene co-oligomers2022

    • 著者名/発表者名
      Takumi Matsuo, Shotaro Hayashi, Fumio Sasaki, Hisao Yanagi
    • 学会等名
      2022 International Conference on Solid State devices and Materials
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 発光性有機無機ハイブリッド球体の簡便な調製による Whispering Gallery Mode共振器の実現2022

    • 著者名/発表者名
      松尾 匠, 林 正太郎
    • 学会等名
      第71回高分子討論会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 9,10-dibromoantharacene を主成分とした 2成分系混晶作製と光学特性調査2022

    • 著者名/発表者名
      池田 浩貴, 松尾 匠, 林 正太郎
    • 学会等名
      第36回若手化学者のための化学道場
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 1,4,5,8-Tetraphenylnaphthaleneの光学特性と その分子結晶光導波路2022

    • 著者名/発表者名
      田中 彩樹, 松尾 匠, 林 正太郎
    • 学会等名
      第36回若手化学者のための化学道場
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] アルキル基置換発光性分子の合成とそのコーティングによる光共振器の創成2022

    • 著者名/発表者名
      谷久保 泰樹, 松尾 匠, 林 正太郎
    • 学会等名
      高知化学シンポジウム2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] エラスティック分子混晶による FRET型光導波路2022

    • 著者名/発表者名
      池田 浩貴, 松尾 匠, 林 正太郎
    • 学会等名
      高知化学シンポジウム2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 1,4,5,8-tetraphenylnaphthaleneの光学特性とその分子結晶導波路2022

    • 著者名/発表者名
      田中 彩樹, 松尾 匠, 林 正太郎
    • 学会等名
      高知化学シンポジウム2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 柔軟性塩素化アントラセン結晶2022

    • 著者名/発表者名
      矢野 圭悟, 松尾 匠, 林 正太郎
    • 学会等名
      高知化学シンポジウム2022
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] One-dimensional optical waveguides of a diketopyrrolopyrrole derivative with curving deformation2022

    • 著者名/発表者名
      Takumi Matsuo, Junpei Kuwabara, Takaki Kanbara, Shotaro Hayashi
    • 学会等名
      13th International Conference on Organic Nonlinear Optics 2022 International Conference on Organic Photonics and Electronics
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Creating Whispering Gallery Mode Resonators through Hybridization of Alkylated Acrylonitrile Derivatives with Silica Microspheres2022

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Tanikubo, Takumi Matsuo, Shotaro Hayashi
    • 学会等名
      13th International Conference on Organic Nonlinear Optics 2022 International Conference on Organic Photonics and Electronics
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 回転性置換基を有するアントラセン誘導体の結晶多形発現とそれらの光物性2022

    • 著者名/発表者名
      松尾 匠, 樋野 優人, 林 正太郎
    • 学会等名
      第30回有機結晶シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] アクリロニトリルπ 共役系分子の共晶化:配性性制御に基づく光導波特性2022

    • 著者名/発表者名
      中林 真宏, 松尾 匠, 林 正太郎
    • 学会等名
      第30回有機結晶シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 塩素化アントラセン結晶の開拓による柔軟性発現2022

    • 著者名/発表者名
      矢野 圭悟, 松尾 匠, 林 正太郎
    • 学会等名
      第30回有機結晶シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 有機単結晶からの新奇なレーザ挙動及び光導波機能2022

    • 著者名/発表者名
      松尾 匠
    • 学会等名
      高知化学会第35回研究会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演

URL: 

公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi