ナノ空間を有する分子性量子ビット集積体の構築

纳米空间分子量子位组装的构建

• 批准号: 22K19051
• 负责人: 楊井 伸浩
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K19051/
• 关键词: 量子センシング; 光励起三重項; 多孔性金属錯体; 光物性; 量子ビット

渡り鳥であるヨーロッパコマドリは量子コヒーレンス状態を利用して地磁気をセンシングすることで方角を知ることが出来ると考えられている。この室温かつ夾雑な生態環境において機能する自然界の量子センサーに着想を得て、本研究では多様な外部環境を室温付近で検出可能な分子性量子センシング材料の構築を目指している。しかし、これまで量子ビットとして働く有機分子の種類は限られ、量子センシングに用いた例も限られる。そこで本年度の研究では、外部刺激に対して柔軟に構造を変化させることが可能な多孔性金属錯体に室温で初期化が可能な光励起三重項分子を量子ビットとして導入した複合型量子センサーの開発を行った。光励起三重子の中にはアセン化合物に代表されるように高い偏極率を示すものがあり、室温における高感度なセンシングの実現に向けて有利であると考えられる。これまで励起三重項のコヒーレンス時間(T2)は室温においても比較的長いことが知られていたが、それを量子センシングに用いた例はなかった。それはこれまで量子ビットが密な結晶中やガラス中で評価され、外部からセンシングのターゲット分子がアクセスできなかったためである。そこでこの三重項量子ビットを外部環境に対して応答させるため、外部刺激に応答して構造を変化させることが出来る多孔性金属錯体を用いた。柔軟な構造を有する多孔性金属錯体の細孔中に三重項量子ビットを導入した複合型量子センサーの構築を行った。パルス光照射直後の時間分解電子スピン共鳴(ESR)測定により、この複合型量子センサーは多様な有機分子の導入によってコヒーレンス時間が変化し、量子化学センサーとして機能することを見出した。

欧洲知更鸟是一种候鸟，被认为能够通过量子相干性感应地球磁场来确定方向。受到在室温和杂乱生态环境下发挥作用的天然量子传感器的启发，这项研究旨在构建能够在室温附近检测各种外部环境的分子量子传感材料。然而，到目前为止，可以充当量子位的有机分子的类型仍然有限，并且它们在量子传感中的应用示例也很有限。因此，在今年的研究中，我们将开发一种复合量子传感器，其中将可在室温下初始化的光激发三重态分子作为量子位引入多孔金属络合物中，该络合物可以响应外部刺激灵活地改变其结构。 。一些光激发三重态分子，例如并苯化合物，表现出高度的偏振，被认为有利于在室温下实现高灵敏度传感。到目前为止，人们已经知道，即使在室温下，激发三重态的相干时间（T2）也相对较长，但还没有将其用于量子传感的例子。这是因为到目前为止，量子位都是在致密晶体或玻璃中进行评估的，这使得它无法从外部感知目标分子。因此，为了使这个三重态量子位对外部环境做出响应，我们使用了一种多孔金属络合物，它可以响应外部刺激而改变其结构。我们构建了一种复合量子传感器，其中三重态量子位被引入具有柔性结构的多孔金属复合物的孔中。通过脉冲光照射后立即进行的时间分辨电子自旋共振（ESR）测量，我们发现这种复合量子传感器的相干时间随着各种有机分子的引入而变化，并且它起到了量子化学传感器的作用。

项目成果

光励起三重項の機能化学

光激发三重态的功能化学

• 发表时间: 2022
• 作者: Nakata Satoshi;Matsufuji Takero;Gorecki Jerzy;Kitahata Hiroyuki;Nishimori Hiraku;澤中祐太・山科雅裕・豊田真司;楊井伸浩
• 通讯作者: 楊井伸浩

励起三重項を用いた光・スピン変換機能

使用激发三重态的光/自旋转换函数

• 发表时间: 2022
• 作者: Nakamura Itaru;Tashiro Hiroki;Ishida Yasuhiro;Terada Masahiro;楊井伸浩
• 通讯作者: 楊井伸浩

トリプレットを用いた生体関連分子の超核偏極

使用三联体对生物相关分子进行超核极化

• 发表时间: 2022
• 作者: Uji Masanori;Zahringer Till J. B.;Kerzig Christoph;Yanai Nobuhiro;Nobuhiro Yanai;楊井伸浩;楊井伸浩;楊井伸浩;Nobuhiro Yanai;楊井伸浩;Nobuhiro Yanai;楊井伸浩
• 通讯作者: 楊井伸浩

水を高核偏極化する色素材料の開発に成功

成功开发水高度极化颜料材料

トリプレット超核偏極の材料化学：新偏極源と偏極対象拡大

三重态超核极化的材料化学：新的极化源和极化目标的扩展

• 发表时间: 2022
• 作者: Uji Masanori;Zahringer Till J. B.;Kerzig Christoph;Yanai Nobuhiro;Nobuhiro Yanai;楊井伸浩;楊井伸浩
• 通讯作者: 楊井伸浩