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1 混合原子価錯体を基にした電荷移動型論理素子の開発
4座架橋配位子であるテトラピリドビスフェナジンで架橋したRu(II)-Os(III)混合原子価錯体を光照射するとRu(II)のMLCT状態からOs(III)への電子移動が20psで起きて、混合原子価異性体Ru(III)-Os(II)を生じ、その寿命は100ns以上と長い。この反応で2つの混合原子価状態がそれぞれ正負の論理を表しているという見方をすれば、光パルスによって高速に論理を変える新しいタイプの分子素子であるとみなせる。しかし、この混合原子価異性体のOs(II)サイトを光励起しOs(II)のMLCT状態を作ってもRu(III)へ電子移動を起こして基の状態には戻らず、可逆なフリップフロップ動作は実現できなかった。この理由を量子化学計算によって解析した結果、Ru(II)サイトとOs(II)サイトとの2つのMLCT励起状態のポテンシャル面の間の障壁が低すぎて、励起状態が非局在してしまうためであることが分かった。今後、架橋配位子のπ共役性を少し下げて、障壁を高するという改良を行う。
2 DNA分子プローブの光スイッチングのメカニズムの解明
優れたDNA分子プローブとしてよく知られているRu(II)ジピリドフェナジン(dppz)錯体の光スイッチングメカニズムを解明するために、dppzに様々な置換基を導入することでそのスイッチング特性を実験的に測定した。MLCT状態の性質が僅か100meV程度の溶媒和エネルギーの変化でスイッチすることが明らかとなり、これはエネルギー的に近接した2つのMLCT状態間の相互作用が70meVしかないことが原因であることを示した。また量子化学計算を用いて解析した結果、dppzは縮合芳香環化合物でありながら、LUMOとLUMO+1の間の相互作用が弱いという特異な電子構造を有していることがこの優れたスイッチング性能の本質であることを明らかにした。
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