Photochromism is defined as a photo-induced reversible transformation of a chemical species between two isomers with different color. Both isomers generally have different properties such as, refractive index, dielectric constant, oxidation/reduction potential, and so on. The quick change of these properties has attracted much attention from the viewpoints of the potential applications to optical memory and photo-switches. Diarylethene derivatives (DAE) are one of the organic photochromic compounds which are regarded as highly promising photochromic molecules for photonic device such as optical memory and optical switch, because of their durable persistency and the thermal irreversibility.
Recently, photo-switching of the fluorescence in DAEs linked with fluorescent dyes has been reported; these systems undergo digital on/ off switching of the fluorescence at the single-molecule level through the photochromic reaction of DAE moiety. In these systems, the photo-switching is based on intramolecular energy transfer from the excited dye to the closed form of the diarylethene. The drawback of such energy-transfer-based memory systems is that energy transfer induces photochromic cycloreversion during the readout step, and thus destroys the memory.
In the present paper, the fluorescent diarylethene derivatives which were not accompanied with energy transfer were investigated for photo-switching of fluorescence. From their measurement, almost complete fluorescent quenching was observed in high-polarity solvent. From the cyclic voltammetry studies and transient absorption spectroscopy, fluorescence switching without intramolecular energy transfer was demonstrated.
フォトクロミズムとは、分子量の等しい異性体間で起こる可逆的な光誘起異性化反応である。一般的に両異性体では吸収波長だけではなく、屈折率・誘電率・酸化還元電位などの物性も異なる。したがってこれらの物性が迅速に変化することに着目して、光メモリーや光スイッチなどへの応用が期待されている。代表例なフォトクロミック化合物の１つであるジアリールエテン誘導体は、他の系と比較して繰り返し耐久性と熱不可逆性が優れており、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、多くの研究がなされている。
近年、蛍光性色素分子と光スイッチング機能を持つジアリールエテン誘導体を連結させた系が開発され、１分子レベルでデジタルスイッチングできることが報告された。この系では、蛍光性分子からジアリールエテンユニットへのエネルギー移動を利用して蛍光スイッチングを行う。しかしこの系では、エネルギー移動に伴って開環反応が同時に進行し、記録が失われるおそれも存在する。本論文では、エネルギー移動が起こらない蛍光性分子とジアリールエテン分子の連結した系が、光スイッチング可能かどうか検証している。種々の極性の異なる溶媒中で蛍光量子収率を測定した結果、溶媒の極性の増加とともに閉環体分子からの蛍光の消光が確認され、高極性溶媒中で光スイッチングを行うことが明らかになった。電気化学測定や過渡吸収測定の結果からも、エネルギー移動を伴わない蛍光スイッチングが示唆された。
発表では、蛍光スイッチングの機構について述べた後、得られた結果とその解釈について詳細に報告する。