分子研ら，磁場の発光色変化をジラジカル一つで実現

分子科学研究所，東北大学，新潟大学は，磁場で物質の発光色が変わる現象「マグネトルミネッセンス」の発現を，二つのラジカル部位を含む分子（ジラジカル）一つで実現することに成功した（ニュースリリース）。

磁場に応答した物質の発光特性の変化は，マグネトルミネッセンスと呼ばれ，発光デバイスの効率向上や高解像度光イメージングなどを可能にする。近年，ラジカルと呼ばれる不対電子（スピン）を有する分子群が，通常の分子とは異なる原理に基づいたユニークなマグネトルミネッセンスを示すことが明らかとなり，注目を集めている。

これまで報告されてきたラジカルのマグネトルミネッセンスは，発光性のラジカルを足場となるホスト分子の固体中に埋め込み，部分的に集合させたときに観測されてきた。しかし，この手法では固体中でのラジカルの集合様式を完全に制御することはでないため，最低何個のラジカルが集まればマグネトルミネッセンスが発現するかは不明だった。

今回，研究グループはコの字型の固い支持骨格に二つの発光性ラジカル部位を固定した分子（ジラジカル）を新たに設計・合成し，これが一つの分子（単分子）の性質としてマグネトルミネッセンスを示す，すなわち，最低2個のラジカル部位が集まればマグネトルミネッセンスを発現しうることを明らかにした。

さらに研究グループは，発光スペクトルおよび各種波長（発光色）における発光減衰曲線を様々な磁場・温度下で測定し，量子動力学シミュレーションと合わせて，マグネトルミネッセンスの発現メカニズムを提唱した。

ジラジカルは分子内に二つの電子スピンを持ち，スピンが反平行な一重項状態と平行な三重項状態を取りえる。ジラジカルに低温で磁場を印加すると，スピンの向きが揃った三重項状態の割合が増加し，反対に一重項状態の割合が減少する。

三重項状態と一重項状態のジラジカルは紫外光を当てるとそれぞれ赤色発光，近赤外発光を示すため，磁場による各状態の割合の変化に応じて，各発光帯の強度比の変化，すなわちマグネトルミネッセンスが起こる。

今回，ラジカルのマグネトルミネッセンスは分子一つでも引き起こせることを実証するとともに，今回合成したジラジカルの大きさは約2nmであるため，マグネトルミネッセンス発現ユニットの大幅な小型化にも成功した。

研究グループは，多種多様なマグネトルミネッセンス発現分子の設計・開発と，ラジカルが示す特異な光・磁気相関物性の応用に貢献する成果だとしている。