ナノ薄膜のらせん構造を手でつくる -回転させて重ねた高分子膜が円偏光に強く応答-

2026-11-10 理化学研究所

理化学研究所は、分子の向きがそろった半導体高分子薄膜を、一定の角度ずつ回転させながら積層することで、円偏光に強く応答するらせん構造のナノ薄膜を作製することに成功した。研究では、ポリチオフェン系半導体高分子の薄膜を1層ずつ回転させて重ね、厚み方向に左巻きまたは右巻きのらせん構造を形成した。その結果、らせんの巻き方向に応じて左右の円偏光に対する吸収特性が反転することを確認した。また、積層角度や層間に挿入する透明なスペーサー層の厚さを調整することで、円偏光への応答を制御・増強できることを実証した。さらに、ドーピングによって応答波長を可視光領域から近赤外領域まで拡張し、光学シミュレーションによって積層構造と光学応答の関係を予測できることも示した。本技術は、キラル分子の識別や生体分子分析、円偏光を選択的に検出・制御する小型・軽量な光学センサーや次世代光学素子の開発につながると期待される。

ナノ薄膜のらせん構造を手でつくる -回転させて重ねた高分子膜が円偏光に強く応答-
高分子薄膜の巻き方で変わる円偏光への応答

<関連情報>

非キラルポリチオフェンのらせん状積層多層膜における調整可能な旋光応答 Tunable Chiroptical Response in Helically Stacked Multilayers of Achiral Polythiophene

Takaho Yokoyama; Keisuke Tajima
ACS Nano  Published:
DOI:https://doi.org/10.1021/acsnano.6c07118

Abstract

Multilayered films composed of uniaxially aligned polythiophene layers stacked with controlled rotational offsets around the film normal were fabricated via a film transfer process. Although the polymer itself is achiral, the resulting multilayer structures exhibit structural helical chirality. The films show pronounced circular dichroism (CD) in the visible region, with both the intensity and sign systematically tunable by the number of layers, twist angles, and handedness of stacking. Ion-exchange doping further extends the CD response into the near-infrared region through polaron absorption. Optical simulations based on Mueller matrix analysis quantitatively reproduce the experimental CD spectra, thereby providing general design principles for tuning chiroptical responses. The simulations predict that insertion of transparent spacer layers enables enhancement of CD intensity by optimizing the optical pitch, which is experimentally validated. These results establish a versatile platform for engineering chiroptical responses from achiral polymer systems through structurally defined helical architectures.

0504高分子製品
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