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光を集めるアンテナをもつ有機マイクロ結晶レーザーを開発

2020/05/08

国立大学法人筑波大学数理物質系 山本洋平教授、山岸洋助教、同大学院数理物質科学研究科 岩井航平(物性?分子工学専攻 博士前期課程2年)は、学校法人神奈川大学理学部 辻勇人教授、国立大学法人九州大学先導物質化学研究所 アルブレヒト建准教授、国立大学法人東京工業大学、国立研究開発法人科学技術振興機構、国立研究開発法人産業技術総合研究所、株式会社リガク、デュイスブルクーエッセン大学(ドイツ)との共同研究により、光捕集機能をもつ有機マイクロ結晶レーザーの開発に成功しました。

辻教授らが2012年に開発した炭素架橋オリゴフェニレンビニレン(COPV)は、発光特性と光耐久性が優れたπ共役系有機分子であり、これまでに、薄膜あるいはマイクロ結晶によるレーザー発振注5)が報告されています。今回、本研究グループは、COPVに、光捕集機能をもつ樹状分子部位(カルバゾールデンドロン)を付与することで、効率的な光エネルギーの捕集が期待できる巨大分子を設計?合成し、その結晶化に成功しました。得られたマイクロ結晶を紫外光で励起すると、樹状分子部位が光アンテナとして機能し、光エネルギーが効率的にCOPV部位に捕集されます。さらに、マイクロ結晶端面における光の全反射により発光が結晶内部に閉じ込められ、レーザー発振が起こることを明らかにしました。

このような光捕集機能をもつ有機マイクロレーザーは、レーザー発振の低閾値化注7)をもたらすと考えられます。また、微小レーザー光源や、光回路、化学?バイオセンシングとしての応用が期待できます。


図:炭素架橋フェニレンビニレンーカルバゾールデンドリマー(GnCOPV2, n = 1, 2, 3)からなるマイクロ結晶の蛍光顕微鏡写真と、レーザー発振スペクトル。

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