光、電場、磁場を摂動とする構造・反応・機能相関の研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15205001
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 太田 信廣 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (70113529)
• 研究分担者: 内藤 俊雄 北海道大学, 理学研究科, 助教授 (20227713) ; 中林 孝和 北海道大学, 電子科学研究所, 助教授 (30311195)
• キーワード: 光反応ダイナミクス / 電場効果 / 磁場効果 / 光機能物性 / 電界発光

研究概要

超高速時問分解電場変調分光測定装置をほぼ完成させることができ、パルス光励起直後から数ピコ秒の時間分解能で各時間領域毎に分けて電場発光スペクトルを得ることが可能となった。
この装置では、LD励起固体レーザーとチタンサファイアレーザーを用いて得られる広い波長領域にわたる超短パルスレーザー光を励起光として用いる。マルチチャンネル型の光電子増倍管を採用し、光子計数法により光検出を行なうことにより、ダイナミックレンジを大きく取ることことができ、強度変動が1%程度であっても、精度よく測定できるように工夫した。試料の両端の電極間には、タイミングコントロール回路を用いて励起光パルスと同期させた一定周波数の矩型波電圧をにプラス、零、マイナス、零、・・の順に印加し、発光減衰を電圧変換方式により求める。そして異なる作用電場に対応した発光減衰曲線を4個のマルチチャンネルアナライザー(MCA)を用いて別々に取り込む。電場を作用させない条件下と電場印加時での発光減衰曲線測定を組み合わせることにより、10ピコ秒程度の分解能を有する時間分解電場発光スペクトルを得ることができるようにした。この装置の分解能は数ピコ秒程度であり、ピコ秒以下の時間領域にわたる時間分割電場発光スペクトルの測定が可能となった。実際に、光誘起電子移動反応を示すポルフィリンとC60の連結化合物に関する時間分解電場蛍光スペクトルの測定を行い、光誘起電子移動反応が電場により速くなったり、遅くなったりする様を直接観測することができることを示した。
上記の実験と並行して、電場吸収、電場蛍光測定の結果から、特異な光機能性発現が期待できる物質に関して、電気的特性(電流や抵抗)が光照射によりどのように変化するか、どんな温度依存性を有するのか、また光と電場を作用させホールや電子の量をコントロールした場合にはどうなるのかを調べることが可能な装置を現在作製中である。また、紫外・可視・赤外の全波長領域での光励起に伴う電気双極子モーメント、分子分極率、超分子分極率の変化を一台で測定できる電場変調吸収測定装置も設計し、現在作製中である。

研究成果

• [文献書誌] N.Ohta: "Acceleration and deceleration of photoinduced electron transfer rates by an electric field in porphyrin-fullerene dyads"Chem.Phys.Lett.. 368. 230-235 (2003)
• [文献書誌] M.Mizoguchi: "Fluorescence of an electron donor-acceptor system in a polymer film under the simultaneous application of electric field and magnetic field"Chem.Phys.Lett.. 372. 66-72 (2003)
• [文献書誌] M.Tsushima: "Time-resolved measurement system of electrofluorescence spectra"Rev.Sci.Instrum.. 75. 479-485 (2004)
• [文献書誌] M.Tsushima: "Time-resolved measurements of electrofluorescence spectra of linked compounds of pyrene and dimethylaniline in a PMMA polymer film"J.Chem.Phys.. (印刷中).
• [文献書誌] Md.Wahadoszamen: "Electric field effects on photoisomerization process of diphenylpolyenes doped in a polymer film as revealed by a field-induced change in fluorescence spectrum"Chem.Phys.Lett.. 387. 124-129 (2004)
• [文献書誌] 津島 稔: "時間相関単一光子計数法と変調電場を組み合わせた時間分解電場蛍光スペクトル測定装置の製作"分光研究. (印刷中).
• [文献書誌] Y.Iwaki: "Advanced Macromolecular and Supramolecular Materials and Processes"Electric field effects on absorption and emission spectra of end-phenylethynylated meso-meso linked porphyrin arrays in a polymer film. 320 (2003)