本領域の目的

電子励起分子はエネルギー・物質変換、光機能発現等において重要な役割を果たしている。

しかし、凝縮系の分子系には、① 高位電子状態から最低励起状態への迅速な緩和や、② 集合系における多数励起子の高速消滅など、光エネルギー（光量子・光量）利用に対し大きな制限が存在する。更に、③ 通常の光吸収では一光子光学許容状態のみが遷移可能であり、多様な電子状態を有効に利用することも困難であった。

本領域では、多重・多光子励起による高位・禁制励起状態の利用、局所場を用いた電子状態変調、分子協調反応開発、多数励起子による分子集団系の協同的応答などの複合励起手法の開拓と新規複合光応答分子系への応用を行い、これらの制限を超克する高次光機能集合系の構築と今後の分子系の光利用関連諸課題の解決に向けた共通基盤の学理の確立を目的とする。

本領域の内容

本領域では３つの計画項目を組織し、これらの緊密な連携、協同により研究を展開する。

A01 複合励起に基づく高位電子励起状態へのアプローチ・機構解明

高位電子励起状態へのアプローチ、機構解明・応用開拓を目的とする。多重、多光子励起による高位禁制電子状態や局所場を利用した強変調電子状態からの光反応、励起子分裂・融合等を対象に、実験理論両面から本研究推進において基礎となる複合励起による素過程制御と新規光応答・反応を開拓する。

A02　多重分子協調による高次複合光応答分子システムの構築

分子間の協奏的な相互作用にもとづき、光・電子機能性を導出する分子組織構造の創出を目的とする。分子・分子集合体の設計と合成手法を用い、1分子レベルの機能からメゾスコピック・マクロレベルの物性変化への展開に必要となる"加算性"や"増幅性"が確保できる光機能システムの開拓・確立を行う。

A03　メゾ-マクロスコピック複合光応答分子集合系の機能開拓

機能性分子集合体を基軸としたメゾスコピック複合光応答系を対象に、主に分子構造・集合体構造の変化に基づく機能開拓と機構解明を目的とする。分子集合系に特徴的な協奏的、またコヒーレントな複合過程を利用することによって複合励起と応答を顕在化させ、リアルワールドで光駆動する分子集合系、多光子吸収により駆動する光応答系や、光強度に閾値を持つ光応答系などの１光子１分子光反応では実現できない高度な集合体構造変化に基づく複合光応答システムを創出する。

期待される成果と意義

本領域では、従来の化学・光化学の領域において、ほとんど顧みられなかった高位・禁制励起状態や変調電子状態、また多励起子の協同応答などを積極的に利用することにより、分子・分子集団系の新規光応答の開拓と応用を目指している。これらの研究成果は、分子系の光利用における先述の３種の制限の超克を通じて光子有効利用に対するパラダイムシフトを可能とする。さらに本研究で得られる学理は、幅広い分子系の光利用関連諸課題に対しても効果的な解決手段を提供するものである。

本領域の研究を通して、光利用化学・科学、また光エネルギー・物質変換等の人類共通の課題解決に向けた先導的研究を展開できる次代の研究者の育成と幅広い関連分野の発展を期待している。