大阪工大など、アキラル分子から円偏光アップコンバージョンを実現

大阪工業大学、台湾・国立陽明交通大学、鹿児島大学、東京科学大学の研究グループは、キラルシリカに分子を閉じ込めることで、円偏光を容易に発生させることに成功した。さらに、複数の低エネルギー光を組み合わせて高エネルギー光へ変換する「アップコンバージョン」と組み合わせることで、情報量の多い高度な光機能の実現にも成功した（ニュースリリース）。

光には、右回り・左回りのように、らせん状に振動しながら進む性質を持つものがある。このような光を放出する現象は「円偏光発光（CPL）」と呼ばれ、3Dディスプレイや光情報通信、セキュリティ材料などへの応用が期待されている。

一方、アップコンバージョン（UC）は、エネルギーの低い光を、よりエネルギーの高い光へ変換する技術。例えば、緑色光を照射して青色光を得ることができるため、太陽光利用や次世代光エネルギー変換材料として注目されている。近年では、このUCとCPLを組み合わせた「UC-CPL」への関心が高まっているが、従来は複雑なキラル分子の合成が必要だったほか、固体材料中ではエネルギー移動効率が低下しやすいという課題があった。

そこで研究グループは、独自に開発してきた、らせん構造を有するキラルシリカに着目した。このキラルシリカは、紫外から可視光領域で高い透明性を示し、粉体として扱える特徴を持つ。また、内部にはらせん状のナノ空間があり、分子を特定の方向に配列させることができる。

研究では、このキラルシリカ内部に、光を吸収する分子である光増感剤と発光分子を閉じ込めることで、らせん状ナノ空間に沿った効率的なエネルギー移動を実現した。その結果、本来キラル性を持たないアキラル分子やラセミ化合物であっても、円偏光を伴うアップコンバージョン発光（UC-CPL）を観測することに成功した。さらに、限られたナノ空間内でありながら、広い空間中にある場合と同程度の高いエネルギー移動効率が維持されることも明らかにした。

この成果は、「キラルな分子を作る」のではなく、「分子をキラルな空間に並べる」ことで新しい光機能を引き出せることを示したもの。研究グループは今後、次世代ディスプレイや光情報通信、セキュリティインク、エネルギー効率型光材料などへの応用が期待されるとしている。