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ソフトキラル分子結晶による刺激応答性室温円偏光蓄光材料の創生

公募研究

研究領域ソフトクリスタル:高秩序で柔軟な応答系の学理と光機能
研究課題/領域番号 18H04507
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
研究機関電気通信大学

研究代表者

平田 修造  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 助教 (20552227)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2019年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2018年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
キーワード室温りん光 / 蓄光 / 三重項励起子 / 励起子拡散 / 高解像度顕微鏡 / 相変化 / ソフトクリスタル / 分子結晶 / 凝集誘起発光 / 三重項励起状態 / 高解像顕微鏡 / 量子化学計算 / 円偏光発光 / 相転移
研究実績の概要

1秒以上の長い寿命を有する室温りん光(蓄光)は2015年からいくつかの芳香族結晶からも報告されてきているが、分子結晶から室温蓄光を得るためには結晶内の強い分子間相互作用を用いることによる剛直性の追求が一般的であった。最近申請者は、芳香族部位に敢えてより柔軟なシクロ環であるH8部位を導入したH8-binaphytyl骨格のキラル芳香族分子の結晶を用いると効率よい室温蓄光が得られることを見出した。キラル分子結晶からの蓄光特性の発現は初めての現象であり、円偏光蓄光特性などの新規機能発現が期待される。さらに、柔軟なシクロ環であるH8部位の導入により、このような結晶群では蓄光特性が低刺激の力学応答や低温で変化する可能性がある。本研究では、ソフトな非共役部位を有する新規キラル芳香族分子の結晶群を用いて、円偏光蓄光機能の構築と、外部刺激による円偏光蓄光の動的制御を目的とする。
三重項励起子拡散が大きいことが数多くの重原子フリーの分子結晶から長い寿命の室温りん光が生じない理由であることを高解像顕微鏡と計算科学を協働させることで明確にした。さらに高効率室温りん光を示す重原子フリードーパントを、同等の最低励起三重項(T1)エネルギーを示すフルオレン結晶とH8-BINAP結晶にそれぞれドープしたところ、フルオレン結晶中では室温りん光を示さなかったが、H8-BINAP結晶中ではドーパント由来の強い長寿命の室温りん光が観測された。この原因がフルオレン結晶が三重項励起子拡散能が大きい一方で、H8-BINAP結晶中では三重項励起子拡散が生じにくいことに由来することを計算科学的アプローチにより確認した。
計算科学により三重項励起子拡散能が可逆的に変化する結晶を探索し、異なる蒸気下で結晶構造が変化することで三重項状態の電子構造と励起子拡散能が変化し、微弱に長寿命の室温りん光応答が可逆的に変化する結晶を見出した。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (28件)

すべて 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (14件) (うち国際共著 4件、 査読あり 14件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 6件、 招待講演 11件) 図書 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Highly efficient persistent room-temperature phosphorescence from heavy atom-free molecules triggered by hidden long phosphorescent antenna2020

    • 著者名/発表者名
      Indranil, Bhattacharjee, Shuzo Hirata*
    • 雑誌名

      Advanced Materials

      巻: 32 号: 31 ページ: 2001348-2001348

    • DOI

      10.1002/adma.202001348

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Energy localization vs. charge funneling in aggregates of CsPbBr3 perovskite nanocrystals2020

    • 著者名/発表者名
      Dharmendar Kumar Sharma*, Shuzo Hirata, Martin Vacha*
    • 雑誌名

      Journal of Luminescence

      巻: 222 ページ: 117119-117119

    • DOI

      10.1016/j.jlumin.2020.117119

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Effect of Tris(trimethylsilyl)silyl Group on the Fluorescence and Triplet Yields of Oligothiophenes2020

    • 著者名/発表者名
      Hirata, S.;* Nishio, M.; Uchida, H.; Usuki, T.; Nakae, T.; Miyachi, M.; Yamanoi, Y.;* Nishihara, H.*
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. C

      巻: 124 号: 5 ページ: 3277-3286

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.9b10718

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Single-particle electroluminescence of CsPbBr3 perovskite nanocrystals reveals particle-selective recombination and blinking as key efficiency factors2019

    • 著者名/発表者名
      Dharmendar Kumar Sharma*, Shuzo Hirata, Martin Vacha*
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 10 号: 1 ページ: 4499-4499

    • DOI

      10.1038/s41467-019-12512-y

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Roles of Localized Electronic Structures caused by π Degeneracy due to Highly Symmetric Heavy Atom-Free Conjugated Molecular Crystals Leading to Efficient Persistent Room-Temperature Phosphorescence2019

    • 著者名/発表者名
      Shuzo Hirata
    • 雑誌名

      Advanced Science

      巻: 6 ページ: 1900410-1900410

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Suppressed Triplet Exciton Diffusion Due to Small Orbital Overlap as a Key Design Factor for Ultralong‐Lived Room‐Temperature Phosphorescence in Molecular Crystals2019

    • 著者名/発表者名
      Kaishi Narushima, Yasuhiro Kiyota, Takehiko Mori, Shuzo Hirata, Martin Vacha
    • 雑誌名

      Advanced Materials

      巻: 31 号: 10 ページ: 1807268-1807268

    • DOI

      10.1002/adma.201807268

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Stark Effect and Environment Induced Modulation of Emission in Single Halide Perovskite Nanocrystals2019

    • 著者名/発表者名
      Dharmendar Kumar Sharma, Shuzo Hirata, Vasudevanpillai Biju, Martin Vacha
    • 雑誌名

      ACS nano

      巻: 13 号: 1 ページ: 624-632

    • DOI

      10.1021/acsnano.8b07677

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] A Colorless Semi-aromatic Polyimide Derived from a Sterically Hindered Bromine-Substituted Dianhydride Exhibiting Dual Fluorescent and Phosphorescent Emission2019

    • 著者名/発表者名
      Kenta Kanosue, Shuzo Hirata, Martin Vacha, Ramunas Augulis, Vidmantas Gulbinas, Ryohei Ishige, Shinji Ando
    • 雑誌名

      Materials Chemistry Frontier

      巻: 3 号: 1 ページ: 39-49

    • DOI

      10.1039/c8qm00409a

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Wavelength-Tunable Band-Edge Photoluminescence of Nonstoichiometric Ag-In-S Nanoparticles via Ga3+ Doping2018

    • 著者名/発表者名
      Tatsuya Kameyama, Marino Kishi, Chie Miyamae, Dharmendar Kumar Sharma, Shuzo Hirata, Takahisa Yamamoto, Taro Uematsu, Martin Vacha, Susumu Kuwabata, and Tsukasa Torimoto
    • 雑誌名

      ACS Applied Mater. Interfaces

      巻: 10 号: 49 ページ: 42844-42855

    • DOI

      10.1021/acsami.8b15222

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Identification of Short- and Long-Wavelength Emitting Chlorophylls in Cyanobacterial Photosystem I by Plasmon-Enhanced Single-Particle Spectroscopy at Room Temperature2018

    • 著者名/発表者名
      Soya Hatazaki, Dharmendar Kumar Sharma, Shuzo Hirata, Keiji Nose, Tomokazu Iyoda, Adrian Kolsch, Heiko Lokstein, Martin Vacha
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry Letters

      巻: 9 ページ: 6669-6675

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Narrow band-edge photoluminescence from AgInS2 semiconductor nanoparticles by the formation of amorphous III-VI semiconductor shells2018

    • 著者名/発表者名
      Taro Uematsu, Kazutaka Wajima, Dharmendar Kumar Sharma, Shuzo Hirata, Takahisa Yamamoto, Tatsuya Kameyama, Martin Vacha, Tsukasa Torimoto, and Susumu Kuwabata
    • 雑誌名

      NPG Asia Mater.

      巻: 10 号: 8 ページ: 713-726

    • DOI

      10.1038/s41427-018-0067-9

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Intrinsic Analysis of Radiative and Room-Temperature Nonradiative Processes Based on Triplet State Intramolecular Vibrations of Heavy Atom-Free Conjugated Molecules toward Efficient Persistent Room-Temperature Phosphorescence2018

    • 著者名/発表者名
      Shuzo Hirata
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry Letters

      巻: 9 号: 15 ページ: 4251-4259

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.8b01711

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ultralong-Lived Room Temperature Triplet Excitons: Molecular Persistent Room Temperature Phosphorescence and Nonlinear Optical Characteristics with Continuous Irradiation2018

    • 著者名/発表者名
      Shuzo Hirata
    • 雑誌名

      Journal of Materials Chemistry

      巻: 6 号: 44 ページ: 11785-11794

    • DOI

      10.1039/c8tc01417e

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Large Refractive Index Variations Induced by Accumulating Triplet Excitons under Photoexcitation at Low Power2018

    • 著者名/発表者名
      Tomoe Hori, Kenro Totani, Shuzo Hirata, Toshiyuki Watanabe
    • 雑誌名

      Chemical Physics Letters

      巻: 704 ページ: 5-10

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2018.05.029

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Intrinsic analysis of transition processes from the lowest excited triplet state of heavy atom-free molecules with persistent room-temperature phosphorescence2020

    • 著者名/発表者名
      Shuzo Hirata
    • 学会等名
      SPIE Photonics Europe, Digital Forum
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] SPIE Photonics Europe, Digital Forum2019

    • 著者名/発表者名
      Shuzo Hirata
    • 学会等名
      2019 MRS Fall Meeting
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Donor-acceptor molecules showing photon upconversion emission by stepwise two photon absorption2019

    • 著者名/発表者名
      YOMOGITA Kentaro, ZHANG Junxiang, MIZUTANI Ryota, VAHCA Martin, KAMADA Kenji, MARDER Seth, HIRATA Shuzo
    • 学会等名
      Annual Meeting on Photochemistry 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Analysis of Triplet State in Conjugated Molecular Crystals toward Persistent Room Temperature Phosphorescence from Soft Crystals2019

    • 著者名/発表者名
      Shuzo Hirata
    • 学会等名
      The 2nd International Symposium of Soft Crystals
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Exciton management for unique molecular emission characteristics2019

    • 著者名/発表者名
      Shuzo Hirata
    • 学会等名
      The 36th International Conference of Photopolymer Science and Technology (ICPST-36)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Molecular Materials with Ultralong-Lived Room Temperature Triplet Excitons2019

    • 著者名/発表者名
      Shuzo Hirata
    • 学会等名
      2019 International Seminar on Polymer Photochemistry (2019 ISPP)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 分散系および凝集系における重原子フリー分子の三重項励起状態2019

    • 著者名/発表者名
      平田修造
    • 学会等名
      141 M&BE 新分野開拓研究会「有機半導体制御技術の最新動向~分子配向・電荷・励起子~」
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 高効率分子蓄光に向けた三重項からの輻射と非輻射過程の解析2019

    • 著者名/発表者名
      平田修造
    • 学会等名
      日本化学会第99回春季年会 特別企画 ルミネッセンス化学アンサンブル:発光の未来を探る
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 遷移双極子が小さい光学活性分子材料:円偏光遅延蛍光と円偏光室温蓄光2019

    • 著者名/発表者名
      平田修造
    • 学会等名
      千葉大学分子キラリティーセンター定例研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 分散系共役分子および凝集系共役分子結晶の室温長寿命三重項励起子のサイエンスと機能2018

    • 著者名/発表者名
      平田修造
    • 学会等名
      東北大学PHyM若手フォーラム
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Intrinsic analysis of radiative process, intramolecular vibrational room-temperature nonradiative process, and quenching process from triplet state for heavy atom-free conjugated structures2018

    • 著者名/発表者名
      Shuzo Hirata
    • 学会等名
      Annual Meeting on Photochemistry on 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Intrinsic Analysis between Radiative Process and Room-Temperature Nonradiative Process based on Intramolecular Vibrations from Triplet State of Heavy Atom-free Aromatics toward Efficient Persistent Room-temperature Phosphorescence2018

    • 著者名/発表者名
      Shuzo Hirata
    • 学会等名
      2018 International Seminar on Advanced Materials Research 2018 ISAMR
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [図書] 環状高分子の合成と機能発現2018

    • 著者名/発表者名
      平田修造、バッハマーティン
    • 総ページ数
      9
    • 出版者
      シーエムシー出版
    • ISBN
      9784781313993
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [産業財産権] 円偏光発光材料および円偏光発光材料を用いた物品2018

    • 発明者名
      平田修造 , 濱田雅裕 , 金子昌厳
    • 権利者名
      平田修造 , 濱田雅裕 , 金子昌厳
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2018-219440
    • 出願年月日
      2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

URL: 

公開日: 2018-04-23   更新日: 2021-01-27  

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