ポイント
- 次世代有機ＥＬ発光材料の発光効率を増幅する新しい量子機構の理論的発見に成功
- 量子過程シミュレーションに必要なパラメーターを高精度に推定可能なアルゴリズムの開発に成功
- １２１個の次世代有機ＥＬ材料の計算データから速度定数理論の詳細な解析を実現
東海国立大学機構 名古屋大学 大学院理学研究科の羽飼 雅也 博士前期課程学生、名古屋大学 トランスフォーマティブ生命分子研究所（ＷＰＩ－ＩＴｂＭ）の柳井 毅 教授、藤本 和宏 特任准教授、九州大学 高等研究院の安田 琢麿 教授らの研究チームは、次世代有機ＥＬ発光材料の発光効率を増幅する新しい量子機構の理論的発見に成功しました。
有機ＥＬにおいて電気的に励起された発光分子は、２５パーセントの励起一重項状態と７５パーセントの励起三重項状態を形成します。非発光性の励起三重項の蓄積は発光量子効率低下の原因となるため、スピン反転によりこれを励起一重項へと変換して発光させる熱活性化遅延蛍光（ＴＡＤＦ）機構が注目を浴びています。ＴＡＤＦ機構は１００パーセントに迫る高い内部量子効率を実現できる一方、スピン反転の効率が低いという課題があり、これを克服するための新たな分子設計理論の確立が待たれています。
本研究では、ＴＡＤＦの律速過程であるスピン反転を飛躍的に高速化する新しい量子機構を発見しました。この量子機構では、分子の振動が誘発するスピン反転効果と、高次の励起三重項状態を用いるスピン反転効果とが協調し合うことでスピン反転が飛躍的に高速化します。この機構に基づく新理論を導き出し、従来理論での見積もりと比べて約１０００倍以上のスピン反転速度をもたらす加速効果を生み出すことをシミュレーションから発見することに成功しました。有機ＥＬ発光材料の開発は既存の理論に縛られていますが、今後の研究により、本手法が明らかにした新原理に基づく高性能な有機ＥＬ発光材料の創出が期待されます。
本研究成果は、２０２４年２月１日（日本時間）付アメリカ科学振興協会「Ｓｃｉｅｎｃｅ Ａｄｖａｎｃｅｓ」でオンライン公開されます。
本成果は、以下の事業・共同利用研究施設による支援を受けて行われました。
日本学術振興会 科学研究費補助金 基盤Ｂ（２１Ｈ０１８８１）
| 研究プロジェクト | 「多参照電子論に基づく状態遷移速度計算法：無輻射失活及びプロトン共役電子移動の解析」 |
|---|---|
| 研究代表者 | 柳井 毅 |
| 研究期間 | ２０２１年４月～２０２４年３月 |
科学技術振興機構 戦略的創造研究推進事業 ＣＲＥＳＴ（ＪＰＭＪＣＲ２１Ｏ５）
| 研究プロジェクト | 「励起ダイナミクス制御に基づく光機能性ヘテロπ電子系の創製」 |
|---|---|
| 研究代表者 | 山口 茂弘 |
| 研究期間 | ２０２１年１０月～２０２６年３月 |
日本学術振興会 国際共同研究加速基金（国際先導研究）（２２Ｋ２１３４６）
| 研究プロジェクト | 「動的元素効果デザインによる未踏分子機能の探究」 |
|---|---|
| 研究代表者 | 山口 茂弘 |
| 研究期間 | ２０２２年１２月～２０２９年３月 |
日本学術振興会 科学研究費補助金 基盤Ａ（２１Ｈ０４６９４）
| 研究プロジェクト | 「有機エキシトニクスの攻究と新発光機能の開拓」 |
|---|---|
| 研究代表者 | 安田 琢麿 |
| 研究期間 | ２０２１年４月～２０２５年３月 |
文部科学省・共同利用・共同研究システム形成事業 「学際領域展開ハブ形成プログラム」（ＪＰＭＸＰ１３２３０１５４８２）
| 研究プロジェクト | 「マルチスケール量子－古典生命インターフェース研究コンソーシアム」 |
|---|---|
| 研究代表者 | 井上 圭一 |
| 研究期間 | ２０２３年１０月～２０３３年３月 |
計算科学研究センター（Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ） 施設利用
| 研究代表者 | 柳井 毅 |
|---|---|
| 研究期間 | ２０２３年４月～２０２４年３月 |
| 課題番号 | ２３－ＩＭＳ－Ｃ０８７ |
＜プレスリリース資料＞
- 本文 ＰＤＦ（１．２６ＭＢ）
＜論文タイトル＞
- “Extended theoretical modeling of reverse intersystem crossing for thermally activated delayed fluorescence materials”
- ＤＯＩ：10.1126/sciadv.adk3219
＜お問い合わせ先＞
-
＜研究に関すること＞
柳井 毅（ヤナイ タケシ）
東海国立大学機構 名古屋大学 トランスフォーマティブ生命分子研究所（ＷＰＩ－ＩＴｂＭ）・名古屋大学 大学院理学研究科 教授
Tel：052-747-6397
E-mail：yanait
chem.nagoya-u.ac.jp安田 琢麿（ヤスダ タクマ）
九州大学 高等研究院 教授
Tel：092-802-6956
E-mail：yasudaifrc.kyushu-u.ac.jp -
＜ITbMに関すること＞
三宅 恵子（ミヤケ ケイコ）・佐藤 綾人（サトウ アヤト）
東海国立大学機構 名古屋大学 トランスフォーマティブ生命分子研究所（ＷＰＩ－ＩＴｂＭ） リサーチプロモーションディビジョン
Tel：052-789-4999 Fax：052-789-3053
E-mail：pressitbm.nagoya-u.ac.jp -
＜ＪＳＴ事業に関すること＞
安藤 裕輔（アンドウ ユウスケ）
科学技術振興機構 戦略研究推進部 グリーンイノベーショングループ
〒102-0076 東京都千代田区五番町７ Ｋ’ｓ五番町
Tel：03-3512-3531 Fax：03-3222-2066
E-mail：crestjst.go.jp -
＜報道担当＞
東海国立大学機構 名古屋大学 広報課
Tel：052-558-9735 Fax：052-788-6272
E-mail：nu_researcht.mail.nagoya-u.ac.jp九州大学 広報課
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E-mail：kohojimu.kyushu-u.ac.jp科学技術振興機構 広報課
〒102-8666 東京都千代田区四番町５番地３
Tel：03-5214-8404 Fax：03-5214-8432
E-mail：jstkohojst.go.jp