Research Results 研究成果

有機分子の励起状態構造を解明する新手法を開発

～高機能発光材料の物性予測の高精度化に道～
工学研究院
安達　千波矢　教授
2025.05.26
研究成果Physics & ChemistryMaterials

ポイント

  • 有機分子の励起状態エネルギー構造を従来よりも高精度で理解できる実験的解析手法を開発
  • これまで不明瞭だった有機材料のゼロギャップ近傍の励起状態構造の理解を促進
  • 高機能発光材料開発に必要なAIによる物性予測の高精度化を促進

概要

有機分子の励起状態のエネルギー構造は、これまで様々な仮定の上で実験データの解析が行われ、励起状態のエネルギー構造が議論されてきました。しかしながら、励起状態のエネルギー構造を正確に理解することは非常に困難であり、特に最低一重項（S1）と最低三重項（T1）のエネルギーがゼロに近いような励起状態に関する実験データの解析はしばしば矛盾を生じることがあり、研究者を悩ませてきました。

今回、九州大学最先端有機光エレクトロニクス研究センター（OPERA）・安達千波矢教授と土`屋陽一特任准教授（当時）ら、および九州大学大学院理学研究院・恩田健教授と宮田潔志准教授らの研究グループは、発光の過渡減衰（※1）が特異な熱挙動を示す熱活性化遅延蛍光（TADF）材料（※2）を様々な温度と溶媒中で調べ、実験データを包括的に解析することで、有機分子の励起状態のエネルギー構造を高い精度で説明することができる新しい解析手法の開発に成功しました。

本解析手法の適用により様々な化合物の励起状態のエネルギー構造を明らかにできるようになるだけでなく、光物理化学過程のさらなる理解に繋がります。また、実験データに基づく高い精度の解析結果が提供できるようになることで、AIによる高機能発光材料の物性予測を高精度化し、材料開発を加速すると期待されます。

本研究成果は、2025年5月24日（土）午前３時（日本時間）に科学雑誌「Nature Communications」誌にてオンライン公開されました。

研究者からひとこと

本研究に従事した研究者：右列上から、水越啓斗（当時：九大院生）、笠友宏（当時：九大院生、現在：信越化学工業株式会社）、西郷将生（当時：九大院生、現在：旭化成株式会社）。下段左から、土`屋陽一（当時：九大特任准教授、現在：株式会社Kyulux）、安達千波矢（九大教授）、宮田潔志（九大准教授）、恩田健（九大教授）

九大OPERAでは、世界に先駆けてTADF材料の創製を進めてきました。TADF材料はOLEDの発光分子として優れた特性を発揮することから第三世代の発光分子として位置づけられ、さらに触媒機能やバイオセンシングまで幅広い応用が期待されています。また、光化学の学理としても、ゼロギャップ近傍の物理化学の解明が待たれており、メカニズムの解明は有機分子の新たなポテンシャルの解明に繋がります。我々の研究チームは、本研究の成果をもとに、光化学から量子デバイスへの可能性も開拓して行きたいと考えています。（安達千波矢教授）

用語解説

(※1) 発光の過渡減衰
励起状態にある分子は指数関数的に脱励起され、基底状態に戻る。このときの発光強度の時間依存性が過渡減衰曲線であり、強度が1/eに減衰するまでの時間が発光寿命と定義されている。

(※2) 熱活性化遅延蛍光（TADF）材料
TADF（Thermally Activated Delayed Fluorescence：熱活性化遅延蛍光）は1920年代に発見された発光現象で、2012年に安達千波矢教授が発光量子収率100%でTADFを示す材料（TADF材料）を開発し、OLEDの発光材料として有用であることを示して以降、世界中で研究が行われている。

論文情報

タイトル：Temperature dependency of energy shift of excitonic states in a donor–acceptor type TADF molecule
著者名：Youichi Tsuchiya, Keito Mizukoshi, Masaki Saigo, Tomohiro Ryu, Keiko Kusuhara, Kiyoshi Miyata, Ken Onda, and Chihaya Adachi
掲載誌：Nature Communications
ＤＯＩ：10.1038/s41467-025-59910-z

お問合せ先

工学研究院　安達千波矢　教授

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