Investigation of donor/acceptor interactions toward high-performance organic near-infrared (NIR) lasers beyond 900 nm

• 研究課題/領域番号: 22K20536
• 研究種目: 研究活動スタート支援
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 0501:物理化学、機能物性化学、有機化学、高分子、有機材料、生体分子化学およびその関連分野
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: TANG XUN 九州大学, 工学研究院, 学術研究員 (70961754)
• 研究期間 (年度): 2022-08-31 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: Organic electronics / Organic lasers / D/A interactions / Near-infrared / organic lasers / near-infrared (NIR)

研究開始時の研究の概要

Near-infrared (NIR) lasers own tremendous value in communication and surgery. Our research is aimed at manipulating interactions between the electon donating and accepting moieties in molecules, to reduce the NIR laser thresholds, and further extend the lasing wavelength beyond 900 nm.

研究成果の概要

本研究ではドナー(D)-アクセプター（A）間の相互作用の解明および制御による有機レーザー色素の長波長化を目的とした。分子骨格に強いドナーとアクセプターを導入することで発光を近赤外領域にシフトさせ、D-A間に機能性スペーサーを挿入することで大きな利得係数を実現できる。この戦略に基づき、低レーザー閾値と三重項-三重項アップコンバージョン特性を有する多重共鳴型の安定な分子骨格を提案した。また、設計した分子において、波長が900nmを超える高性能な分布帰還型（DFB）有機レーザーを実現した。本研究については3報の論文を発表し、国際学会にて口頭発表3件（招待発表1件を含む）、ポスター発表1件を行った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

The research achievement clarifies the underlying mechanism of electron donating and accepting interactions to achieve high efficiency and radiative rate. Thus, potential strategies are proposed to realize high performance organic light emitting devices and near-infrared organic lasers.

研究成果

• [雑誌論文] Progress and Perspective toward Continuous-Wave Organic Solid-State Lasers (2023)
  • 著者名/発表者名: Xun Tang, Chathuranganie A. M. Senevirathne, Toshinori Matsushima, Atula S. D. Sandanayaka, Chihaya Adachi
  • 雑誌名: Advanced Materials 巻: / 号: 20
  • DOI: 10.1002/adma.202211873
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A Donor-Acceptor Cage for Thermally Activated Delayed Fluorescence: toward a New Kind of TADF Exciplex Emitters (2023)
  • 著者名/発表者名: Lihua Chen, Chuanlong Li, Enguang Fu, Mengyang Li, Yoshiaki Kuboi, Zi-Ying Li, Zhenghong Chen, Jiaolong Chen, Xuelong Liu, Xun Tang, Lucas Frederic, Francois Maurel, Chihaya Adachi, Fabrice Mathevet, Shaodong Zhang
  • 雑誌名: ACS Materials Letters 巻: 5 号: 5 ページ: 1450-1455
  • DOI: 10.1021/acsmaterialslett.3c00310
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Artificial p-n‐like Junction Based on Pure 2D Organic-Inorganic Halide Perovskite Structure Having Naphthalene Diimide Acceptor Moieties (2023)
  • 著者名/発表者名: Zhao Feng, Xuelong Liu, Kentaro Imaoka, Tomohiro Ishii, Ganbaatar Tumen‐Ulzii, Xun Tang, George F Harrington, Benoit Heinrich, Jean‐Charles Ribierre, Lise‐Marie Chamoreau, Lydia Sosa Vargas, David Kreher, Kenichi Goushi, Toshinori Matsushima, Guijiang Zhou, Fabrice Mathevet, Chihaya Adachi
  • 雑誌名: Advanced Optical Materials 巻: 2202734 号: 10 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1002/adom.202202734
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Molecular Interactions in Donor-Acceptor-Donor Skeletons Toward Near-Infrared Organic Lasers (2023)
  • 著者名/発表者名: Xun Tang, Chihaya Adachi
  • 学会等名: The 70th JSAP Spring Meeting 2023