ヘテロ構造ラングミュア膜の分子設計と光変換機能発現

1990 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02205096
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 斎藤 省吾 九州大学, 総合理工学研究科, 教授 (80136548)
• 研究分担者: 江良 正直 九州大学, 総合理工学研究科, 助手 (30191927) ; 筒井 哲夫 九州大学, 総合理工学研究科, 助教授 (40037982)
• キーワード: ラングミュア膜 / 非対称薄膜 / 分子配向 / フェニルピラジン誘導体 / 二次高調波 / 二次非線形感受率 / 非線形導波路デバイス

研究概要

ラングミュア法を用いて非対称極性薄膜を構築する手法を確立し、二次非線形光学効果を示す累積膜を得ることをめざして研究を実施し、以下の成果を得た。
二成分分子混合法による非対称膜中の分子配向性の向上については、分子構造が末端基構造以外は同一である極性分子間で混合膜を作製し、疎水鎖長と分子配向性の関係を定量的に研究した。その結果、疎水鎖長が大きいほど膜面の垂直方向への分子配向性が高められることを明らかにし、さらに疎水鎖長を大きくするほど混合膜中の目的分子の濃度を高められることを見出した。この結果は、混合単分子膜からの二次高調波強度の実測からも証明された。
新規の成膜分子としてフェニルピラジン誘導体をとり上げ、非対称累積膜の作製に挑戦した。まず、新規成膜分子が高い分子超分極率を有する上に、成膜性にすぐれていることを確認した。次いで、このフェニルピラジン誘導体単分子膜とアラキン酸単子膜とを交互に累積したヘテロY型非対称膜を作製し、その二次非線形光学特性を累積層数の関数として測定した。二次光高調波強度は、フェニルピラジン単分子膜の層数にして400層(ヘテロY型累積膜の厚さ2μm)まで、累積層数の2乗に比例して増加することを示した。この400層累積膜の二次光高調波強度から膜の二次非線形感受率を決定し、その値は約10^<ー7>esuという高い値になることを示した。
上記の非線形感受率値は代表的な非線形光学結晶であるニオブ酸リチウムの値を凌駕することから、非対称ラングミュア膜から非線形導波路を作製する手法を研究した。

研究成果

• [文献書誌] K.Nakamura,M.Era,T.Tsutsui,S.Saito: "Enhancement of SecondーHarmonic Generation in LangmuirーBlodgett Monolayer Films by Molecular Mixing of Homologous Amphiphiles" Japanese Journal of Applied Physics. 12. L628-L630 (1999)
• [文献書誌] 江良 正直,筒井 哲夫,斎藤 省吾: "二次非線形光学材料の配向構造評価へのシュタルク効果の応用" 九州大学総合理工学研究科報告. 12. 1-8 (1990)
• [文献書誌] 江良 正直,中村 謙一,岩本 尚久,筒井 哲夫,斎藤 省吾,新納 弘之,竹原 健二,磯村 計明,谷口 宏: "フェニルピラジン誘導体非対称LangmuirーBlodgett膜における凝集構造と二次非線形光学効果" 日本化学会誌. 1990. 1106-1111 (1990)
• [文献書誌] K.Kamiyama,M.Era,T.Tsutsui,S.Saito: "ThirdーHarmonic Generation in Highly Oriented Poly(2,5ーdimethoxyーpーphenylenevinylene)Prepared by Use of the LangmuirーBlodgett Technique" Japanese Journal of Applied Physics. 29. L840-L842 (1990)
• [文献書誌] M.Era,K K.Nakamura,.Tsutsui,S.Saito,H.Niino,K.Takehara: "Noncentrocymmetric LangmuirーBlodgett Film of Phenylpyrazine Derivative Applicable to Nonlinear Waveguides" Japanese Journal of Applied Physics. 29. L2261-L2263 (1990)