Dendeimers are molecules with many branches; they are composed of a central part called “core”, branches called “interior”, and outermost units called “surface”. In recent years, dendrimers with chromophoric core and surfaces have been intensively investigated as a candidate for molecular photonic devices because the dendritic structure can control both intramolecular distance between chromophores and their mutual arrangement.
In a paper that will be shown in my presentation, the authors measured energy transfer process in two kinds of dendrimers, T1P4 and T2P8, with energy acceptor core (terylenediimide, TDI) and energy donor surfaces (perylenemonoimide, PI) at single-molecule level. In these molecules, emission from the center of TDI unit can mainly observed because of very efficient energy transfer from the surrounding PI units to the core. However, dual-color emission from PI and PDI unit can be observed upon illumination by intense laser light. This phenomenon have been explained by “exciton blockade” in the past. However, detail measurements by the authors revealed that energy transfer processes such as energy hopping and S1-S1 annihilation are closely related to the dual-color emission as well, hence the dual color emission is not explained only by “exciton blockade”.
In the M1 colloquium, I am going to introduce the background of this research and measurement methods of single molecule detection in the introductory part. Then, the experimental results and their explanation will be shown with detail discussion.
デンドリマーはコアと呼ばれる中心部分からインテリアと呼ばれる部分が枝状に規則正しく延び、一番外側にサーフィスと呼ばれる官能基が配列した樹状分子である。近年、コアとサーフィスに発色団を持つデンドリマーが、発色団間の距離、配列を規則正しく制御できるという理由から分子性フォトニックデバイス実現の候補分子系として精力的に研究されている。
今回紹介する論文では、エネルギー受容性のコア発色団（テリレンジイミド、TDI）の周囲に４つのエネルギー供与性発色団（ペリレンモノイミド、PI）を配したデンドリマー（T1P4）と、同じコアの周囲に8つのエネルギー供与性発色団を配したデンドリマー（T2P8）に対して、これらの多発色団系におけるエネルギー移動過程を単一分子レベルで計測している。これらの分子系ではPIからTDIへのエネルギー移動収率が非常に高い（〜100%）ため、PIを選択的に励起した場合もコアからの発光が主に観測される。ところが、励起密度の高い条件下ではPIおよびTDI両発色団からの蛍光が観測され、従来この現象はExciton blockadeとして説明されてきた。しかし筆者らの詳細な測定により、Exciton blockadeのみならずデンドリマー中でのエネルギーホッピング、アニヒレーションなどの複雑なエネルギー移動プロセスがこの2色発光に関与することが示され、その発光特性はExciton blockadeの効果のみでは説明できない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およびエネルギー移動の概念を説明し、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。