Spatially Resolved Coherent Control of Exciton Diffusion Using Multiple Ultrashort Pulses

使用多个超短脉冲对激子扩散进行空间分辨相干控制

基本信息

批准号：
21H01888
负责人：
五月女光
金额：
$ 11.4万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

太陽電池や発光材料などの光エレクトロニクス材料における励起子の伝播過程の時空間制御を目的として、2022年度は超分子ポリマーや光メカニカル結晶などの分子集合体中の励起子拡散ダイナミクスの可視化に取り組んだ。ジケトピロロピロールを発色団とする超分子ポリマーの系では、フェムト秒超短光パルスの照射によりコヒーレント振動が誘起されることを発見し、モノマー状態の時間分解測定や分子動力学シミュレーションの結果との比較から、当該振動モードが超分子構造に特異な分子間振動に由来することを明らかにした。特筆すべきは、このコヒーレント振動は、励起状態吸収の遷移エネルギーが変調されるFranck-Condon型ではなく、吸収強度が変調されるHertzberg-Teller型である点である。この結果はCondon近似が破れていることを意味しており、個々の分子の相対位置や配向を変調する分子間振動が、分子集合体の電子構造に強く影響を及ぼしていることを示している。さらに、光エネルギーを直接的に力学的エネルギーに変換可能な光メカニカル結晶の系では、光照射により生成した励起子を起点として結晶中で進行する光重合反応の研究にも取り組んだ。前年度に構築した顕微分光装置を用いて、この光重合反応の進行を観察したところ、結晶の端から中央に向かって反応が伝播していく様子が観測された。これは、結晶の端や反応物と生成物の界面において特異的に反応量子収率が増大していることを示している。一般に結晶中では分子は整然と配列しており均一な環境に置かれているが、結晶表面はもとより動的に変化していく光応答性結晶では光反応性に関連した不均一分布が生じ、こうした不均一性が分子集合体中の光、励起子、さらには化学反応の伝播を左右する重要因子であることを見出した。

2022年，我们致力于可视化超分子聚合物和光机械晶体等分子组装体中的激子扩散动力学，旨在控制太阳能电池和发光材料等光电材料中激子的时空传播过程。在含有二酮吡咯并吡咯作为发色团的超分子聚合物体系中，我们发现飞秒超短光脉冲照射会引起相干振动，并将其与单体状态的时间分辨测量和分子动力学模拟的结果进行比较。值得注意的是，这种相干振荡不是激发态吸收的跃迁能量被调制的Franck-Condon型，而是吸收强度被调制的Hertzberg-Teller型。这一结果意味着违反了康登近似，表明调节单个分子的相对位置和方向的分子间振动强烈影响分子组装体的电子结构。此外，在可直接将光能转换为机械能的光机械晶体系统中，我们致力于研究以光照射产生的激子为起点在晶体中进行的光聚合反应。当我们使用前一年建造的显微分光镜观察这种光聚合反应的进展时，我们观察到反应从晶体的边缘向中心传播。这表明反应量子产率特别在晶体边缘以及反应物和产物之间的界面处增加。一般来说，晶体中的分子是有序排列的，并且放置在均匀的环境中，但是在晶体表面动态变化的光响应晶体中，会出现与光反应性相关的不均匀分布，这样我们发现异质性是一个重要的因素。影响光、激子甚至分子组装体中化学反应传播的因素。

项目成果

期刊论文数量（49）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

多重超短光パルスによる光化学素過程の解明と制御

使用多个超短光脉冲阐明和控制光化学基本过程

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
五月女光
通讯作者：
五月女光

Molecular crystalline capsules that release their contents by light

通过光释放其内容物的分子结晶胶囊

DOI：
10.1039/d1sc03394h
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
8.4
作者：
A. Nagai; R. Nishimura; Y. Hattori; E. Hatano; A. Fujimoto; M. Morimoto; N. Yasuda; K. Kamada; H. Sotome; H. Miyasaka; S. Yokojima; S. Nakamura; K. Uchida
通讯作者：
K. Uchida

液相におけるベンジジン誘導体の多光子イオン化ダイナミクス

液相中联苯胺衍生物的多光子电离动力学