独自開発したフェムト秒顕微分光装置による有機半導体ナノ構造における光エネルギー移動の直接観測

愛媛大学大学院理工学研究科の石橋 千英准教授らの研究グループは、独自に開発したフェムト秒顕微分光法を用いて、単一の銅フタロシアニンナノファイバーにおける励起子拡散過程を直接観測することに成功しました。これまで集合体全体の平均的な情報しか得られなかった励起子拡散係数と拡散長を、単一ファイバーごとに測定した結果、η（イータ）相のナノファイバーではβ（ベータ）相よりも約3倍高い拡散係数を示すことが明らかになりました。これは、η相における分子平面の傾斜角やπ電子系の重なりが大きく、分子間の励起子相互作用が強いことに起因します。さらに、同じ結晶相でもファイバーの長さが長くなると、励起子拡散係数は低くなることも明らかになりました。本研究は、有機分子結晶の光物性理解を深めるだけでなく、有機太陽電池や光エネルギー変換デバイスの高効率化につながる重要な成果です。

研究成果は、アメリカ化学会発行のThe Journal of Physical Chemistry Letters 誌電子版へ2025年10月31日に掲載されました。

研究成果のポイント

• 世界で初めて、単一の銅フタロシアニンナノファイバー内での励起子拡散をフェムト秒時間分解で直接観測
• 励起子拡散係数・拡散長が結晶相（η相とβ相）やファイバーの長さで大きく異なることを実証
• 分子配列やπ–π相互作用の違いが光エネルギー移動に与える影響を明確化
• 有機光電変換材料の設計指針としての応用が期待される

論文情報

掲載誌：The Journal of Physical Chemistry Letters, 2025,16,45,11700 -11708
題名：Femtosecond Single-Particle Spectroscopy of Exciton Diffusion in Individual Copper Phthalocyanine Nanofibers
著者：Yukihide Ishibashi*, Yuto Shiraishi, Miyu Morita, Ryo Kihara, Tsuyoshi Asahi*
DOI：10.1021/acs.jpclett.5c02998