Does vibrational light-matter strong coupling give a impact on the dielectric property?

振动光-物质强耦合对介电性能有影响吗？

• 批准号: 20J00845
• 负责人: 櫛田 創
• 金额: $ 7.49万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J00845/
• 关键词: 光物質強結合; 振動強結合; ポラリトン; 誘電体; OKE分光法; インピーダンス法; 分子振動; 自己組織化; 電気化学トランジスタ

分子振動と光共振器が共鳴することでコヒーレントな光と物質の混成状態を形成することを振動光物質強結合(VSC)という。近年、そのエネルギー変化の小ささにも関わらず、VSC状態において化学反応や結晶化、超電導など多岐にわたる物性に大きな変化をもたらすことが報告されている。本研究では分子の誘電率などのパラメータに着目し、VSCが与える物理的影響の本質を明らかにすることを目的としている。 今年度も引き続き研究計画に基づき、フランス・ストラスブールで強結合(SC)についての研究をトーマス・エブソン教授の下で遂行した。フェムト秒レーザーを用いたポンププローブ法である光カー効果(OKE)分光のセットアップを立ち上げ、高周波における液体分子の回転緩和をVSC下で測定した。さらにはVSCほどの薄い膜圧(~10 um)程度でも高感度に分子の回転緩和を測定可能である共鳴カー効果法(ROKE)を開発し、その実験技術をThe Journal of Physical Chemistry Lettersに報告した。また、VSCのみならず液体での励起子強結合の系にもROKEを適応し、非共振器下での挙動と異なる挙動を確認した。 ROKEは高濃度溶液になるほど緩和時間が短くなる。これはエネルギー移動によって励起子の異方性緩和が早まることに起因していると考えられる。液体強結合系では強結合下でエネルギー移動が高速で起き、結果として通常時よりも早い緩和が観測された。

通过分子振动和光学谐振腔的共振形成光和物质的相干混合态，称为振动光-物质强耦合（VSC）。近年来，有报道称，尽管能量变化很小，VSC状态却带来了化学反应、结晶和超导等多种物理性质的巨大变化。本研究旨在通过关注分子介电常数等参数来阐明VSC物理效应的本质。 继续我们今年的研究计划，我们在法国斯特拉斯堡，在Thomas Ebson教授的指导下开展了强耦合（SC）研究。我们建立了光学克尔效应 (OKE) 光谱装置，这是一种使用飞秒激光的泵浦探针方法，并在 VSC 下测量了高频下液体分子的旋转弛豫。此外，我们还开发了共振克尔效应法（ROKE），即使膜厚度如VSC（~10 um）一样薄，也可以高灵敏度测量分子的旋转弛豫，并在《物理化学杂志》上报道了该实验技术信做到了。此外，ROKE不仅适用于VSC，还适用于液体中强激子耦合的系统，我们证实其行为与非谐振器条件下的行为不同。在ROKE中，溶液浓度越高，弛豫时间越短。这被认为是由于能量转移导致激子的各向异性弛豫加速。在强耦合液体系统中，能量传递在强耦合下高速发生，因此观察到比平常更快的弛豫。

项目成果

Fast Response Organic Supramolecular Transistors Utilizing In-situ π-ion Gels

利用原位 π 离子凝胶的快速响应有机超分子晶体管

• DOI: 10.1002/adma.202006061
• 发表时间: 2021
• 期刊: Adv. Mater.
• 作者: Soh Kushida;Emanuel Smarsly;Irene Wacker;Yohei Yamamoto;Rasmus R. Schroder;Uwe H. F. Bunz
• 通讯作者: Uwe H. F. Bunz

ハイデルベルグ大学(ドイツ)

海德堡大学（德国）

Ultrafast Dynamics of Solute Molecules Probed by Resonant Optical Kerr Effect Spectroscopy

共振光学克尔效应光谱探测溶质分子的超快动力学

• DOI: 10.1021/acs.jpclett.2c02461
• 发表时间: 2022
• 期刊: J. Phys. Chem. Lett.
• 影响因子: 4.4
• 作者: Soh Kushida;Kuidong Wang;Cyriaque Genet;Thomas W. Ebbesen
• 通讯作者: Thomas W. Ebbesen

Supramolecular Assembly of Conjugated Polymers under Vibrational Strong Coupling

振动强耦合下共轭聚合物的超分子组装

• DOI: 10.1002/ange.202105840
• 发表时间: 2021
• 期刊: Angewandte Chemie
• 作者: Joseph Kripa;Kushida Soh;Smarsly Emanuel;Ihiawakrim Dris;Thomas Anoop;Paravicini‐Bagliani Gian Lorenzo;Nagarajan Kalaivanan;Vergauwe Robrecht;Devaux Eloise;Ersen Ovidiu;Bunz Uwe H. F.;Ebbesen Thomas W.
• 通讯作者: Ebbesen Thomas W.

Light-Emitting Electrochemical Cells Based on Conjugated Ion Gels

基于共轭离子凝胶的发光电化学电池

• DOI: 10.1021/acsami.0c11951
• 发表时间: 2020
• 期刊: ACS Applied Materials & Interfaces
• 影响因子: 9.5
• 作者: Kushida Soh;Kebrich Sebastian;Smarsly Emanuel;Strunk Karl-Philipp;Melzer Christian;Bunz Uwe H. F.
• 通讯作者: Bunz Uwe H. F.