ペロブスカイト型ナノ結晶を基盤とする光スイッチを開発?光刺激によるOn/Off発光スイッチングを実現?
【ポイント】
- 金属ハライドペロブスカイト型ナノ結晶(CsPbBr3)の表面にフォトクロミックジアリールエテン分子を結合させることで、ナノ結晶の蛍光発光を光刺激で可逆的にOn/Offスイッチすることに成功しました。
- フェムト秒ポンプ?プローブ分光測定によって、Off状態(非発光状態)ではCsPbBr3ナノ結晶–ジアリールエテン分子間で高速電子?エネルギー移動が生じていることを明らかにしました。
- 本研究で開発した光スイッチは、光刺激によって高いOn/Off強度比でスイッチングできるため、超解像イメージング用の発光プローブやナノ光メモリなどの記録媒体としての応用が期待できます。
【概要説明】
熊本大学大学院自然科学教育部博士後期課程3年の明石優志大学院生、同大学大学院先端科学研究部の木田徹也教授(同大学産業ナノマテリアル研究所 併任)、深港豪准教授および産業ナノマテリアル研究所の小澄大輔准教授らの研究グループは、金属ハライドペロブスカイト型ナノ結晶*1(CsPbBr3)とフォトクロミック分子*2のジアリールエテンを組み合わせ、紫外/可視光照射を介してCsPbBr3ナノ結晶の発光をOn/Off切替することに成功しました。
ジアリールエテンは、外部からの光刺激によって無色の開環体と有色の閉環体の間を可逆的に異性化（構造が変化して性質が変わること）します。当研究グループではこの光刺激によるジアリールエテンの可逆的な色調変化(光吸光度変化)を利用し、CsPbBr3ナノ結晶表面にジアリールエテンが結合したハイブリッドを合成してナノ結晶の発光をOn/Offスイッチさせました。得られたハイブリッドをフェムト秒ポンプ?プローブ分光測定*3を用いて解析した結果、ナノ結晶から閉環型ジアリールエテンへの高速な電子?エネルギー移動が観測され、この現象が非発光（Off）状態の形成に寄与していることが明らかになりました。一方、CsPbBr3ナノ結晶と開環体で構成されるハイブリッドではこれらの現象が観察されず、高輝度発光(On)状態が維持されました。二つの状態は紫外光と可視光を交互に照射することで可逆的に往き来し、高いOn/Off発光強度比を示しました。同ハイブリッドは、さらに改良することで超解像イメージング用の発光プローブやナノ光メモリなどの記録媒体として応用できる可能性を秘めており、次世代の光スイッチ材料として期待されます。
本研究成果は、令和４年10月30日にWileyが発行する科学雑誌「Small」にオンライン掲載されました。なお、本研究は日本学術振興会科学研究費助成事業、科学技術振興機構研究成果展開事業および公益財団法人池谷科学技術振興財団の支援を受けて行われました。
?【今後の展開】
??? 今回の成果は、CsPbBr3ナノ結晶とジアリールエテン、TEMPOを混合した溶液における発光スイッチングおよびそのメカニズム解明に関するものです。今後、これらの知見を活かして固体状態でスイッチする光材料を開発することで、超解像イメージング用の発光プローブやナノ光メモリなどの記録媒体への応用が期待されます。
【用語解説】
*1: 金属ハライドペロブスカイト型ナノ結晶(CsPbBr3)
ABX3で示されるペロブスカイト構造をもち、Aサイトがセシウムイオンや有機カチオン、Bサイトが鉛イオンや錫イオン、Xサイトがハロゲンアニオンからなる一辺が約10 nmのキューブ状結晶。発光の半値幅が狭くて鋭く、色純度と発光量子効率が高いのでディスプレイや照明への応用が期待されている。
*2: フォトクロミック分子
異なる吸収スペクトルをもつ2つの分子構造を光照射で可逆的に異性化できる分子。2つの異性体はともに同じ分子量をもつがその化学結合様式が異なるため、色だけでなく屈折率、双極子モーメント、酸化/還元電位、立体構造など様々な分子物性が互いに異なる。
*3: フェムト秒ポンプ?プローブ分光測定
数フェムト秒のパルス時間幅をもつ2種類のパルス光を活用した時間分解計測の手法。ポンプ光(反応を誘起する光)とプローブ光(反応を観察する光)を時間差でサンプルに照射し、時間間隔を少しずつ変化させながら測定を繰り返すことで物質内の過渡的な超高速現象を精度よく追跡することができる。
【論文情報】
論文名:Light-Stimulated Luminescence Control of Lead Halide-Based? Perovskite Nanocrystals Coupled with Photochromic Molecules via Electron and Energy Transfer
著者:Yuji Akaishi, Ashkan Mokhtar, Manami Shimoyoshi, Taiki Nohara, Yusuke Inomata, Daisuke Kosumi*, Tuyoshi Fukaminato*,Tetsuya
?Kida*
掲載誌:Small
DOI:10.1002/smll.202205046
URL:https://doi.org/10.1002/smll.202205046
【詳細】 プレスリリース（PDF429KB）
???? 
熊本大学大学院先端科学研究部
担当：教授 木田 徹也
電話：096-342-3664
E-mail：tetsuya※kumamoto-u.ac.jp
（※を@に置き換えてください）