| 研究実績の概要 |
平成27年度までに10 mW/cm2の非コヒーレント光で非線形吸収が発現するホストゲスト材料の構築にさきがけて成功していた(Nat. Mater. 2014, 13, 938)が、大きな非線形吸収は1 W/cm2程度まで光強度を強める必要があった。
平成28年度は、非共役の剛直ホスト中で10秒以上のこれまで10倍以上の励起三重項寿命を有する芳香族ゲスト群として、対称性の高い2次元平面性縮環芳香族を見出した。このホストゲスト材料は0.1 mW/cm2の光照射により非線形吸収を示し始め、10 mW/cm2の光で大きな非線形吸収特性を示した。10 mW/cm2程度の光強度は太陽光の可視域の光強度に相当し、太陽光レベルの強度で非線形吸収特性を示す材料を初めて見出すに至った。
芳香族ゲストとして2次元平面性縮環芳香族が良好な理由としては、高い対称性により、(条件1)吸光度が基底状態では小さくなる一方で励起三重項状態では大きくなる、(条件2)励起一重項状態から励起三重項状態への項換交差の収率を大きくなる、(条件3)励起三重項状態の寿命が10秒以上にまで長くなる(条件3)、という3条件が得られることに由来していることを明確にした。条件3のサイエンスを検証するために、さまざまな1次元や2次元の芳香族に対して振電相互作用とスピン軌道相互作用を計算し、実験で観測される励起三重項寿命との比較を行った。その結果、2次元縮環芳香族の平面性の高さによりスピン軌道相互作用が小さく抑えられること、そして対称性の高さに由来する対称的な原子振動が小さな震電相互作用に繋がること、の2点の効果により条件3が得られることを特定した。
以上、太陽光レベルの強度での大きな非線形吸収特性を達成し、2次元平面性縮環芳香族を超剛直非共役媒体にドープしたガラス材料によりその機能が一般的に達成されることを明確化するに至った。
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