励起状態における対称性の破れが光物理特性を制御~ヤーン・テラー歪みによる励起状態の局在化を10フェムト秒の超高速分光で観測~

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2025-07-04 九州大学

励起状態における対称性の破れが光物理特性を制御~ヤーン・テラー歪みによる励起状態の局在化を10フェムト秒の超高速分光で観測~

九州大学らの研究チームは、アルミニウム(III)二核錯体の励起状態におけるヤーン・テラー歪みによる対称性の破れを、10フェムト秒超高速分光により世界で初めて観測した。光励起により分子構造がD3対称からC2へ変化し、電子状態が特定の配位子へ局在化することを実証。従来は遷移金属錯体に限られていた対称性と光機能の関係理解を、典型金属にも拡張した。この知見は、地球豊富元素を活用した次世代光機能材料の設計に貢献する。

<関連情報>

コヒーレント振動分光によって観測されたヤーン・テラー歪みによる動的な励起状態局在化 Dynamic Excited-State Localization Induced by Jahn–Teller Distortion Observed by Coherent Vibrational Spectroscopy

Takumi Ehara,Yusuke Yoneda,Tatsuya Yoshida,Tomohiro Ogawa,Yuto Konishi,Toshikazu Ono,Atsuya Muranaka,Hikaru Kuramochi,Kiyoshi Miyata,and Ken Onda
Journal of American Chemical Society  Published:June 17, 2025
DOI:https://doi.org/10.1021/jacs.5c06020

Abstract

Molecular symmetry is a central design element in functional materials, yet its dynamic modulation in the excited state and its consequences for optoelectronic properties remain largely unexplored, particularly in main-group p-block element complexes. We address this knowledge gap by investigating unique Al(III) dinuclear triple-helical complexes that combine high symmetry with twisted π-conjugated systems and achieve exceptional optical properties of unusually large Stokes shifts and high photoluminescence quantum yields. Using transient absorption spectroscopy with a 10 fs pump pulse, we detected coherent vibrational oscillations overlapped with transient absorption/stimulated emission signals. Analysis of the dephasing times of oscillatory signals revealed photoexcitation-triggered Jahn–Teller distortions in these high-symmetry p-block complexes, evidenced by a specifically short dephasing time constant of 410 fs associated with intraligand twisting vibrations. Our findings demonstrate that excited-state symmetry breaking, strongly coupled with intraligand twisting vibrations, is crucial in determining the remarkable photofunctional properties of large Stokes shifts and high photoluminescence quantum yields. This work elucidates the fundamental mechanisms underlying the performance of these Al(III) complexes and provides a conceptual framework for designing next-generation photofunctional materials by harnessing dynamic symmetry changes.

1701物理及び化学
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