研究課題
一般的に非線形吸収は瞬時強度の強いコヒーレントパルスで生じるが、これまでに室温で1秒以上の長寿命励起子を用いて、光照射によりで励起子を蓄積させやすくした結果、100 mW/cm2の非コヒーレント光での大きな非線形吸収の発現に成功している。本研究では太陽光レベルの非コヒーレント定常光で吸光度が大きく増加する非線形吸収材料の構築を目指す。具体的には、ヒドロキシステロイド中の室温で10秒以上の励起三重項寿命を持つ芳香族をアクセプター(A)とし、項間交差効率が高い金属錯体をドナー(D)として、これらをヒドロキシステロイド中にドープした材料で目標を達成する。具体的な方針としては、ヒドロキシステロイド中でのAの寿命を1秒から10秒以上に伸ばし、さらに三重項三重項消滅が生じにくい材料設計を行い、三重項励起子を蓄積させやすくすることで、数mW/cm2の光強度で大きな非線形吸収応答を示す材料の構築を目指す。
2: おおむね順調に進展している
平成26年度に挙げられた課題として、照射光強度が増加するにしたがってAの三重項励起子の蓄積が飽和するという問題があった。その飽和の一つの要因としてDが光を吸収することでD近傍のAにおいて発生した三重項励起子がその場所に局在化し、それが更なる励起子の蓄積を妨げているという点が挙げられた。平成27年度は、さまざまな芳香族の結晶材料の三重項励起状態を調査した結果、数種類の芳香族結晶において、1秒に迫る長い三重項励起状態が室温大気中で得られることを見出した。この芳香族結晶をAとしてDをドープすると、D近傍で発生したAの三重項励起子は拡散していくことができるため、D近傍に三重項励起子が局在化しないと考えられる。それゆえ、照射光強度の増加にともなって生じる励起子の蓄積は妨げられないと考えられるため、これらの芳香族結晶は弱い光で大きな吸収増加を得るための新たな材料シーズとなる可能性がある。また平成27年度はさまざまな芳香族分子をヒドロキシステロイド中にドープし、その構造と室温における三重項励起状態の寿命の関係を調べた。その結果、対称性を有し平面性の高い芳香族構造において寿命が長くなることが確認され、いくつかのAではヒドロキシステロイド中で10秒以上の寿命が確保されることがわかった。このことを論理的に検証するために振電相互作用の解析のためのプログラムを構築した。さらに過度吸収分光装置を用いて、ベンゾフェノンを増感剤として、これと合成されたヒドロキシステロイド中で10秒近傍の励起三重項寿命を有するAらのTT吸収の吸光係数を決定した。以上から当初の研究計画通りに研究が進行している。
平成28年度は合成されたヒドロキシステロイド中で10秒近傍の励起三重項寿命を有するAとDとをヒドロキシステロイドに分散した材料を構築する。また平成27年度に見出された芳香族結晶をAとしてこの中にDをドープした結晶粉末を作成する。この2種類の材料に対して、照射する光の強度を増加していった際の吸光度の上昇を拡散反射法により評価する。目標として十分光が弱い際の吸光度が0.1の状態の粉末に光の強度を増加させて照射していった時、10 mW/cm2以下の強度の光照射により吸光度が0.2以上に増加する材料系を目指す。
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