光機能材料のための高速光物性計測装置の製作

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09354008
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 山崎 巌 北海道大学, 大学院工学研究科, 教授 (80002111)
• 研究分担者: 小石 結 浜松ホトニクス株式会社, システム事業部, 部長 ; 秋本 誠志 北海道大学, 大学院工学研究科, 助手 (40250477) ; 西村 賢宣 北海道大学, 大学院工学研究科, 助手 (60218211) ; 太田 信廣 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (70113529)
• キーワード: フェトム秒時間分解蛍光 / 蛍光アップコンバージョン法 / 有機薄膜

研究概要

近年、高速・高密度光記録や超高速光スイッチング素子の開発へ向けて研究が進められているが、これらの研究においては、光励起分子の超高速反応過程を追跡することが基本的であり、これまでのピコ秒領域から一歩進んでフェムト秒領域での計測が必要となっている。本研究では、申請者らが考案した新しい技術的な工夫、ロックイン法式蛍光アップコンバージョン法に基づく装置を作製し、汎用装置を開発することが目的である。
(1) 装置システムの完成 本研究が目標とする基本的な装置を完成させ、目標とする性能を得ることができた。実際に、有機薄膜、フィルム等の極端条件下にある試料について、ロックイン検出方式の特質である高いS/N比のフェムト秒領域の蛍光減衰曲線が測定されたこれらの測定は、従来の通常の蛍光アップコンバージョン法では不可能なものであり、そのデータはまた、分子配列系における電子移動や励起移動に関して非平衡状態における超高速現象が捉えており、本装置が物理化学の新しい展開を生み出すうえで大きな役割を果たすことができることを示している。
(2) コンピューター制御のためのソフトウエアの整備 本装置の特色は、装置を運転するうえで基本的なルーチン操作のためのコンピューターソフトウエアとともに、種々の観測波長にわたる減衰曲線の集合から時間分解スペクトルの作成のコンピューターソフトウエアを完備していることである。また基本的な測定データすなわち蛍光減衰曲線の解析のための基本プログラムについても作成した4次の段階としては、本装置を市販普及型装置として完成させるべく各種の解析ソフトウエアを完備させる。
(3) 試作機の完成と総合特性評価試験 種々の有機薄膜についてフェムト秒蛍光分光計測を行い、どの程度まで薄い分子膜の試料まで測定し得るか測定限界を決定した。本研究で製作したロックイン検出方式の装置は、感度について従来の方法と比較しておよそ50倍の向上がみられ、それによって、本研究はほぼ目標に到達させることができたと考えている。

研究成果

• [文献書誌] I.Yamazaki, S.Akimoto, A.Osuka, H.Shiratori: "Ultrafast energy relaxation and excitation delocalization in excuted states of Zinc porphyrin dimers and trimer" Acta Phys.Polonica A. 95. 105-120 (1999)
• [文献書誌] S.Abe, Y.Nishimura, I.Yamazaki, N.Ohta: "Remarkable electric field effect on the absorption intensity of a molecular aggregate of photomerocyanine in aPMMA film" Dhem.Lett.1999. 165-166 (1999)
• [文献書誌] N.Ohta, S.Umeuchi, Y.Nishimura, I.Yamazaki: "Electric-field induced quenching of exciplex fluorescence and photocurrent generation in a mixture of ethylcarbazole" J.Phys.Chem.102. 3784-3790 (1998)
• [文献書誌] N.Ohta, T.Kanada, I.Yamazaki, M.Ito: "External electric field effects on the fluorescence of methy-lene-linked pyrene and N,N-dimethylaniline in PMMA films" Chem.Phys.Lett.292. 535-541 (1998)
• [文献書誌] M.Mimuro, M.Watanabe, M.Tokutomi, I.Yamazaki: "Multiple pathways of excitation energy flow in the photo-synthetic pigment system of a cryptophyte,cryptomonas sp." Phycological Rep.46. 155-164 (1998)
• [文献書誌] A.Nakano, A.Osuka, ± I.Yamazaki, N.Nishimura: "Windmill-like porphyrin arrays as potent light-harvesting antenna complexes" Angew.Chem.Int.Ed.37. 3023-3027 (1998)
• [文献書誌] I.Yamazaki: "Functionality of Molecular Systems Vol.2" Springer-Verlag Tokyo, 245 (1999)