色素分子の二次元集合系におけるコヒーレント状態の解明とその利用に関する研究

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04452086
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 宮野 健次郎 東京大学, 工学部, 教授 (90167677)
• 研究分担者: 下村 政嗣 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (10136525) ; 五神 真 東京大学, 工学部, 助教授 (70161809)
• キーワード: 二次元色素集合系 / J会合体 / コヒーレント状態 / 双極子相互作用 / 蛍光寿命 / 四光波混合 / 非線形光学

研究概要

本研究の目的は、二次元色素集合系がメソスコピックなコヒーレント状態を発現する場であるという見方に立ち、そのコヒーレント状態の分子的描像を理解することである。この目的のために、初年度は以下のような研究を行った。
(1)二次元性がはっきりとキャラクタライズできる試料の作製:LB法、吸着法、薄膜単結晶などの試料を作成し、中でもマイカ上への吸着による単分子膜および溶液からの析出による単結晶薄片が再現性良く作製出来ることを明らかにした。
(2)低温光学測定系の整備:連続フロー型光学クライオスタットを購入し、低温下での顕微分光を行うための光学系を作製した。
(3)基礎データの収集:基本となる吸収・発光スペクトルの温度依存性を詳細に調べた。その結果、常温においても、鋭い吸収ピークの大部分が不均一幅によること、その低エネルギー側は僅かな外乱によって容易に消失すること、発光効率は100/cm程度の励起エネルギー障壁をもつ熱励起的温度依存性をもつこと等を明かにした。
(4)上記の結果をもとに、分子間のエネルギー伝達にランダムネスがあることによるコヒーレント状態の局在化というモデルによって、吸収スペクトルを解釈した。
(5)このモデルを実証し、より詳細を理解するため、蛍光寿命測定、およびポンプ・プローブ法による吸収飽和の実験を行った。蛍光寿命は数10pSと非常に高速であったが、この測定は室温で行われたため、無輻射課程との競合が問題である。また、吸収飽和の実験は有意な効果を見出さなかった。 この理由は明らかでないが、これらの実験を踏まえて、次年度は、(1)低温における蛍光寿命測定、(2)白色光源をプローブにする吸収測定と四光波混合によるピコ秒の時間分解能をもつ三次の非線形性測定を通じて、コヒーレント状態の解明に迫る予定である。

研究成果

• [文献書誌] K.Miyano,T.Nishiwaki,A.Tomioka: "A Simple and Accurate Method to Determine the Third-Order Nonlinear Susceptibility of Thin Films" Opt.Commun.91. 501-508 (1992)
• [文献書誌] K.Hosoi,T.Ishikawa,A.Tomioka,K.Miyano: "Quantitative Image Analysis in Brewster Angle Microscopy:Molecular Tilt of a Stearic Acid Monolayer on Water" Jpn.J.Appl.Phys.32. L135-L137 (1993)
• [文献書誌] G.Xu,K.Okuyama,M.Shimomura: "Crystal Structure of H-Aggregate of Azobenzene-containing Amphiphiles,C6AzoC8NBr and C8AzoC10NBr" Mol.Cryst.Liq.Cryst.213. 105-115 (1992)
• [文献書誌] 下村 政嗣: "分子膜と光情報" 化学工業. 43. 9-13 (1992)
• [文献書誌] T.Saiki,K.Takeuchi,M.Kuwata-Gonokami,T.Mitsuyu,K.Ohkawa: "Giant Nonlinear Phase Shift at Exciton Resonance in ZnSe" Appl.Phys.Lett.60. 192-194 (1992)
• [文献書誌] M.Kuwata-Gonokami,K.Takeda: "Kasing and Mode Switching of Dye-Doped Polystyrene Micro-Spherical Cavity Laser" 4th Int.Symp.Bioelec.Mol.Elec.Device. 102-105 (1992)