In recent years, many sorts of multi chromophoric systems that have potential applicability to photonic devices have been proposed and synthesized, e.g. single-photon emitters, artificial light-harvesting systems, and so on. For the rational design of such molecular system, it is indispensable to comprehensively evaluate and understand the emissive properties. Combination use of time-resolved ensemble measurements and single molecule measurements is a very powerful method to obtain complementary information on the radiative/nonradiative relaxation dynamics from excited states in multichromophoric systems.
In the present paper, the dynamic behaviors in the excited state of ethynylene bridged perylenediimide (PDI) chromophores, a candidate of single photon emitter, were investigated by using time-resolved ensemble measurements and single molecule detections. Time-resolved measurements provided reliable ensembled averaged information on the relaxation dynamics of energy migration and photoinduced electron transfer in the PDI multichromophoric system. On the other hand, single molecule measurement revealed that the PDI systems worked as single photon emitters although the emissive area in a multi-PDI system replaced with one another as a function of time.
In the presentation of M1 colloquium, after mentioning the background of the investigation, I will introduce the details of the investigation.
近年、フォトニックデバイスへの応用を目指した単一光子源や人工光捕集組織などの分子集合体の研究が活発に行われている。これら高機能分子系システムの実現のためには、その合成のみならず物性評価が不可欠である。そのためには、高い時間分解能を有し、かつ再現性・信頼性の高い測定結果が得られるアンサンブルの超高速時間分解分光と、分子フォトニックシステム一つ一つの発光挙動を計測できる単一分子計測法を相補的に用い、分子システムを包括的に評価・理解する必要がある。
今回紹介する論文では、分子系単一光子源の候補として、高い発光量子収率と光耐性をもつペリレンジイミド（PDI）分子を複数個エチニレン鎖で繋いだ分子集合体を合成し、その分子の発光の特性をアンサンブルおよび単分子レベルで測定している。時間分解アンサンブル測定からはPDI集合系内で効率よいエネルギー移動が起こること、および周囲の媒体の極性によってはコアのPDIへの電子移動が起こり、非発光性のPDIラジカルアニオンが生成される場合があること等が明らかとなった。一方、単分子計測からは、PDI集合体が単一光子源として働くことがわかった。また、発光の偏向度の時間変化から、発光サイトとなるPDI分子が時間とともに入れ替わっていることが明らかとなった。
講演では、本研究領域の背景を述べた後、本論文で用いられている測定手法を説明し、その後得られた実験結果とその解釈に関して詳しく述べる。