芝浦工業大学、早稲田大学、東京科学大学は、人の目には見えない紫外光や近赤外光を、色として可視化できる新しい有機結晶材料を開発した（ニュースリリース）。
不可視光である紫外光（＜400nm）や近赤外光（＞800nm）は、エネルギー源や情報媒体として重要である一方、その存在や挙動を人が直接把握することはできない。そのため、不可視光を可視光へと変換する材料の開発は、光計測やエネルギー利用の分野で長年の課題となってきた。
無機材料では低エネルギー光を高エネルギー光に変換するアップコンバージョンや非線形光学現象を利用した光変換が研究されているが、有機材料において同様の機能を安定に実現することは容易ではない。
有機分子は設計自由度が高い反面、分子運動や熱振動によるエネルギー損失が大きく、固体状態での発光や非線形光学応答が弱くなりやすいという課題がある。このため、分子構造の剛直化や結晶中での分子配列制御を通じて、不可視光に応答する新しい光機能を引き出す研究が求められていた。
研究グループは、1,2,5-チアジアゾールを導入したピラジン誘導体を合成し、その単結晶の構造と光応答特性を詳細に調べた。その結果、この結晶は紫外光照射下で分子間相互作用に由来する赤色発光を示し、吸収光と発光光の波長差が200nmを超える非常に大きなストークスシフトを示すことが分かった。
さらに、同じ結晶に近赤外光を照射すると、結晶の非中心対称構造に起因する第二高調波発生が起こり、近赤外光が可視光である緑色光へと変換されることが確認された。
今回の研究の新規性は、単一の有機結晶において、紫外光に対する長波長可視発光と、近赤外光に対するアップコンバージョン型の短波長光変換という、異なる物理機構に基づく二つの光応答を同時に実現した点にある。
研究グループは、今後、発光色や光応答の波長を自在に調整できる有機材料の開発につながる可能性があり、不可視光を有効に利用するための基礎的指針として、工業材料への応用展開が期待されるとしている。
