ナノ空間を有する分子性量子ビット集積体の構築

渡り鳥であるヨーロッパコマドリは量子コヒーレンス状態を利用して地磁気をセンシングすることで方角を知ることが出来ると考えられている。この室温かつ夾雑な生態環境において機能する自然界の量子センサーに着想を得て、本研究では多様な外部環境を室温付近で検出可能な分子性量子センシング材料の構築を目指している。しかし、これまで量子ビットとして働く有機分子の種類は限られ、量子センシングに用いた例も限られる。そこで本年度の研究では、外部刺激に対して柔軟に構造を変化させることが可能な多孔性金属錯体に室温で初期化が可能な光励起三重項分子を量子ビットとして導入した複合型量子センサーの開発を行った。光励起三重子の中にはアセン化合物に代表されるように高い偏極率を示すものがあり、室温における高感度なセンシングの実現に向けて有利であると考えられる。これまで励起三重項のコヒーレンス時間(T2)は室温においても比較的長いことが知られていたが、それを量子センシングに用いた例はなかった。それはこれまで量子ビットが密な結晶中やガラス中で評価され、外部からセンシングのターゲット分子がアクセスできなかったためである。そこでこの三重項量子ビットを外部環境に対して応答させるため、外部刺激に応答して構造を変化させることが出来る多孔性金属錯体を用いた。柔軟な構造を有する多孔性金属錯体の細孔中に三重項量子ビットを導入した複合型量子センサーの構築を行った。パルス光照射直後の時間分解電子スピン共鳴(ESR)測定により、この複合型量子センサーは多様な有機分子の導入によってコヒーレンス時間が変化し、量子化学センサーとして機能することを見出した。

渡り鳥であるヨーロッパコマドリは量子コヒーレンス状態を利用して地磁気をセンシングすることで方角を知ることが出来ると考えられている。この室温かつ夾雑な生態環境において機能する自然界の量子センサーに着想を得て、本研究では多様な外部環境を室温付近で検出可能な分子性量子センシング材料の構築を目指している。しかし、これまで量子ビットとして働く有機分子の種類は限られ、量子センシングに用いた例も限られる。そこで本年度の研究では、外部刺激に対して柔軟に構造を変化させることが可能な多孔性金属錯体に室温で初期化が可能な光励起三重項分子を量子ビットとして導入した複合型量子センサーの開発を行った。光励起三重子の中にはアセン化合物に代表されるように高い偏極率を示すものがあり、室温における高感度なセンシングの実現に向けて有利であると考えられる。これまで励起三重項のコヒーレンス時間(T2)は室温においても比較的長いことが知られていたが、それを量子センシングに用いた例はなかった。それはこれまで量子ビットが密な結晶中やガラス中で評価され、外部からセンシングのターゲット分子がアクセスできなかったためである。そこでこの三重項量子ビットを外部環境に対して応答させるため、外部刺激に応答して構造を変化させることが出来る多孔性金属錯体を用いた。柔軟な構造を有する多孔性金属錯体の細孔中に三重項量子ビットを導入した複合型量子センサーの構築を行った。パルス光照射直後の時間分解電子スピン共鳴(ESR)測定により、この複合型量子センサーは多様な有機分子の導入によってコヒーレンス時間が変化し、量子化学センサーとして機能することを見出した。