Photochromism is a photoinduced reversible isomerization in a chemical species between two forms having different color. In this reaction, at least, one pass-way should be photoinduced process. Diarylethene derivatives are one of the organic photochromic compounds, of which photochromism is due to cyclization/cycloreversion reactions. Diarylethene derivatives have excellent properties such as thermal stability of both isomers and fatigue resistance. In addition, the photochromic reaction can take place even in the solid phase. So, diarylethene derivatives are expected to be applicable to the single-molecule photonic device, such as optical memory and optical switch. But, for the actual application, it is indispensable to the measure photochromic reaction at the single-molecule level.
In the present paper, fluorescent photo-switching molecule, which comprises a perylenebisimide derivative as the fluorescent unit and diarylethene as the switching unit, was synthesized. Its photochromic reaction was investigated at the single-molecule level in various polymer matrices. Fluorescence intensity trajectories demonstrated that the quantum yield in the polymer matrix above a glass transition temperature s was independent of the exposure number, while that below the glass transition temperature was dependent on the exposure time. These behaviors were attributed to the difference in the local minima in the potential surface.
フォトクロミズムとは、２つ以上の色の異なる異性体間で可逆に異性化し、少なくとも一方が光照射によって進行する現象である。ジアリールエテン誘導体は環開閉反応を伴うフォトクロミック化合物で、両異性体とも熱的安定性が高く、反応の繰り返し耐久性が高いことが知られている。また、結晶系でもフォトクロミック反応をするといった特徴があるため、一分子による光メモリーや光スイッチなどのフォトニックデバイスへの応用が期待されている。しかし、これらの応用化を実現するためには、単分子におけるフォトクロミック反応を測定することが不可欠である。
今回紹介する論文では、蛍光ユニットとしてペリレンビスイミドを持ち、スイッチングユニットとしてジアリールエテン誘導体を持つ蛍光スイッチング分子を合成し、そのフォトクロミック反応を様々なポリマー中において単分子レベルで測定している。蛍光強度の時間変化を測定した結果、柔軟なポリマー中では、一定の収率で反応が起こり、剛直なポリマー中では、特定の数の光子を吸収してから反応が起こることが明らかになった。
発表では、蛍光スイッチングのメカニズムについて述べた後、得られた結果とその解釈について詳細に議論する。