励起状態における対称性の破れが光物理特性を制御 ～ヤーン・テラー歪みによる励起状態の局在化を10フェムト秒の超高速分光で観測～九州大学，分子科学研究所，総合研究大学院大学，理化学研究所
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分子材料の光機能は、分子の構造や対称性と密接に関係する。中でも、光励起によって分子の対称性が変化する現象が、光物理特性にどのような影響を与えるのかは、近年注目されつつある重要な課題である。しかしこのような励起状態における対称性変化と光機能の関係は、主に遷移金属錯体を対象とした研究例に限られ、持続可能な社会を実現するために重要な典型元素錯体ではこれまで十分に解明されていなかった。
今回、九州大学などのグループは、三重らせん構造を有する高対称性のアルミニウム（III）二核錯体に着目して研究を行った。光励起に伴う分子の構造変化を詳細に観測・解析するため、10フェムト秒の励起パルスを用いた超高速分光と量子化学計算を組み合わせて計測した。その結果、光励起に伴って一部の配位子が平面化する構造変化が、分子全体の対称性がD3からC2へと変化するヤーン・テラー歪みと強く結合していることが明らかになり、電子状態の特定の配位子への局在化も実証した。
今回解明された励起状態における対称性破れ、およびその光物性との相関は、アルミニウムのような地球豊富元素を活用した持続可能な光機能材料の設計にとって極めて重要な知見であり、次世代の高性能・高効率な発光材料や光電変換材料の開発へとつながることが期待される。
