3Dディスプレイ、バイオイメージング、レーザー応用に期待
先導物質化学研究所
アルブレヒト 建 准教授
ポイント
・新たな赤～近赤外領域で円偏光発光*1するキラルラジカルの開発に成功し、従来材料と比べておよそ100倍の耐久性、30倍の発光効率*2を持つことを実証
・発光ラジカル*3では初となるレーザー発振の前段階である「ささやきの回廊モード(WGM) *4」での共振発光を観測
・３Dディスプレイ、バイオイメージング、レーザーや量子情報科学分野への応用に期待
概要
赤色から近赤外領域で円偏光発光（CPL）を示すキラル*5な有機小分子（SOMs）は、３Dディスプレイやバイオイメージングなどへの応用が期待され注目されています。しかし、これまでに報告されているCPL材料の発光は青～緑色に集中しており、赤～近赤外領域のCPL材料は多くありません。その主な要因として、広いπ共役系を有するキラル分子の合成が困難であることや、一般には赤～近赤外の発光では理論的に発光が起こりにくく発光効率(PLQY)が低いことが挙げられます。九州大学 先導物質化学研究所のアルブレヒト建准教授、大学院総合理工学府博士課程2年の中村和宏、東京都立大学 石割文崇准教授、京都大学 福井謙一記念研究センターの佐藤徹教授、筑波大学 数理物質系の櫛田創助教、産業技術総合研究所 分析計測標準研究部門の細貝拓也上級主任研究員らの研究グループは、プロペラキラリティー*6を有する新しいキラル発光ラジカルを開発しました。本材料は、従来の発光ラジカル材料と比較して、30倍程度の高い発光効率（PLQY）及び100倍程度の高い光安定性を示し、室温ではほとんどラセミ化*7しないことが確認されました。加えて、深赤色である波長700 nm付近でCPLを示すことが確認されました。また、本ラジカルをポリスチレン微粒子に導入することで、「ささやきの回廊モード」(WGM)と呼ばれるレーザー発振の前段階となる共振発光が発光ラジカルとして初めて観測されました。今回開発した材料は３Dディスプレイ、バイオイメージング、レーザーや量子情報科学分野への応用が期待されます。
本研究成果はドイツ化学会誌「Angewandte Chemie International Edition」に2026年4月24日（現地時間）にオンライン掲載されました。
用語解説
(※1) 円偏光発光
自然光には右回転と左回転の偏光が同じ割合で含まれている。左右の円偏光発光強度に差が生じる現象のこと。
(※2)発光効率
発光材料の発光効率は通常、発光量子収率として定義される。発光量子収率は吸収された光子数に対して放出された光子数の割合で表され、0から100％までの値をとる。発光量子収率は英語ではPhotoluminescence Quantum Yield呼ばれPLQYと略される。
(※3)発光ラジカル
ラジカルは電子を奇数個持つ分子や原子の総称であり、一般的には不安定で非発光性である。これに対し、例外的にTTMなどの発光ラジカルが知られており、近年新しい材料カテゴリーとして注目を集めている。
(※4) ささやきの回廊モード(WGM)
ロンドンの聖ポール大聖堂では、ささやいた声が壁に沿うことで遠くまで届く現象が知られている。これは音が壁面に沿って反射しながら閉じ込められ、減衰せずに伝わるためである。ささやきの回廊モード(WGM)はこの現象の光版に相当し、球状などの微小構造の内部で光が表面に沿って全反射を繰り返しながら周回し干渉することで、特定の波長の光が共鳴的に強められる。このような光の閉じ込めと共鳴増強は、レーザー発振を実現するための光の閉じ込め機構として重要な役割を果たす。
(※5) キラル(キラリティー)
分子構造の中には、鏡像と元の構造が一致しないものが存在する。このような性質を持つ分子はキラル分子と呼ばれ、その非対称性をキラリティーという。
(※6) プロペラキラリティー
中心原子に結合した3つのフェニル環などのプロペラのねじれ方向によって、分子が右巻き(P)または左巻き(M)の形を取り、分子全体としてキラルな性質を示すこと。
(※7) ラセミ化
キラル分子の中には、ある条件下で一方の鏡像へと変化し、結果として両者が等量混合した状態になり、性質の違いが打ち消し合って区別がつかなくなるものがある。このように、元の性質が失われてしまう現象をラセミ化という。
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