光が流れるナノチェーンを開発し機構も解明 ─究極の微小?超高速?省エネルギーデバイスの実現に期待─

2025年2月 7日 11:00 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情报】

〇大学院理学研究科化学専攻　
教授　坂本　良太（サカモトリョウタ）

【発表のポイント】

长さと色素サイトの配向?配列?距离が正确に规定された一次元分子锁（ナノチェーン）を创製しました。
ナノチェーン内の励起子^（注１）の移动を既存例よりも精密にモデル化し、発光データをシミュレーションすることで、これまで定量が困难であった励起子移动プロセスの速度を明らかにしました。
本研究で用いた手法とモデルは、レーザーや検出器の性能に制限されない、新たな手法による超高速光现象の解析に相当し、分子性ナノ材料における光化学?光物理现象を理解するための标準的方法论に资することが期待されます。

【概要】

デバイスの超小型化が进む现在、効率的な光输送を実现するナノスケールの分子光导波路（光がほぼ漏れることなく伝わる通路）の开発と、その光伝达ダイナミクスの解明が求められています。分子材料内での详细な励起子挙动を分析するためには、励起子が停留する各色素サイトの配向?配列?距离が规定される分子设计が求められます。しかしながら従来の研究では、これらの条件を満たす分子锁の开発は达成されていませんでした。

东北大学大学院理学研究科の豊田良顺助教、谷口晴大学院生、千叶涌太大学院生、坂本良太教授の研究グループは、东京理科大学の福居直哉助教、西原寛教授ら、京都大学の浦谷浩辉特定助教（科学技术振兴机构さきがけ専任研究者を兼任）、帝京科学大学?分子科学研究所の高谷光教授との共同研究により、锁长や内部构造が一义に规定された金属错体分子锁（ナノチェーン）を系统的に合成?単离することに成功しました。その构造的特色を活かし、ナノチェーンからの発光现象を理论的に再现するという独自の戦略を取ることで、これまで定量が困难であった最近接サイト间での励起子の移动速度を见积もることに初めて成功しました。本研究は超短波レーザーを用いずに超高速光现象を理解するための新たな解析手法として期待されます。

本研究成果は、2025年2月4日付け（現地時間）で科学誌Nature Communications誌にオンライン掲載されました。

図1. ナノチェーンC1_Nの合成。図左上の原料分子から、亜铅イオンが1～16个连なったナノチェーンが合成?単离された。図下は、亜铅イオンが16个连なった、単离された中で最长のナノチェーンの构造を示す。
※原論文の図を引用?改変したものを使用しています。クリエイティブ?コモンズ?ライセンス（表示4.0 国際）

【用语解説】

注1. 励起子：電子と正孔がクーロン力（プラスの電荷とマイナスの電荷が引き合う力、静電気力）によって束縛状態になったもの。光照射などによって生じる。一般的なポリマー鎖内においては、光は励起子の形で伝達する。

【论文情报】

タイトル：Discrete coordination nanochains based on photoluminescent dyes reveal intrachain exciton migration dynamics
著者：Ryojun Toyoda*, Naoya Fukui*, Haru Taniguchi, Hiroki Uratani, Joe Komeda, Yuta Chiba, Hikaru Takaya, Hiroshi Nishihara, Ryota Sakamoto*
*責任著者：东北大学大学院理学研究科助教豊田良順、東京理科大学研究推進機構総合研究院助教福居直哉、东北大学大学院理学研究科教授坂本良太
掲載誌：Nature Communications
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