高分子材料にキラル分子を少量混ぜることで円偏光発光有機ELとスピン選択的キャリア輸送の共存を実現 ー光とスピンを組み合わせた新しいデバイスの開発につながる研究成果ー

2026-10-15 茨城大学

茨城大学の研究成果として、キラル分子を少量混ぜた高分子材料を用い、円偏光発光有機ELとスピン選択的なキャリア輸送を両立させた研究が報告されています。円偏光発光は、光の電場がらせん状に回転する性質を持つ光を発生させる技術であり、スピン選択的キャリア輸送は、電子のスピン状態に応じて電荷の流れ方が変わる現象を利用します。これらを同じ材料系で実現することにより、光と電子スピンの性質を組み合わせた新しいデバイスの開発につながる可能性があります。応用先としては、次世代の発光デバイスやスピントロニクス関連技術が考えられます。材料へのキラル分子の添加によって複数の機能を両立させる点が、今回の研究の重要な特徴です。

高分子材料にキラル分子を少量混ぜることで円偏光発光有機ELとスピン選択的キャリア輸送の共存を実現 ー光とスピンを組み合わせた新しいデバイスの開発につながる研究成果ー
図1. キラルドープPFOフィルムの概念図とポリマーおよびキラル分子の構造式

<関連情報>

キラルドープポリマーフィルムにおける円偏光エレクトロルミネッセンスとスピン偏極キャリア輸送 Circularly Polarized Electroluminescence and Spin-Polarized Carrier Transport in Chiral-Doped Polymer Films

Kazuyuki Asahi, Masashi Hasegawa, Yuuya Nagata, Tamaki Nakano, Hiroyuki Nishikawa
Advanced Functional Materials  Published: 24 September 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/adfm.78545

ABSTRACT

Circularly polarized electroluminescence (CPEL) based on spin-dependent light emission is of considerable interest for functional chiral optoelectronics and spin-photonic applications. Here we report CPEL from devices incorporating achiral poly(9,9-dioctylfluorene) (PFO) thin films doped with enantiopure chiral perylene diimide derivative (chiral-BPP). Thermal annealing induces supramolecular chirality in the otherwise achiral polymer matrix, leading to pronounced circular dichroism and circularly polarized luminescence. The chiral-doped films exhibit clear electroluminescence (EL) with circular polarization, showing dissymmetry factors on the order of 10−3. The EL spectra display voltage-dependent evolution arising from the interplay between polymer emission and excimer emission from aggregated chiral dopants, which is attributed to a recombination mechanism involving exciton–polaron quenching. Magnetic conductive atomic force microscopy (mc-AFM) measurements reveal spin-selective carrier transport in the chiral-doped films, with opposite spin polarization observed for the two enantiomers, consistent with chiral-induced spin selectivity (CISS). These results suggest that spin-polarized carrier recombination may contribute to the observed CPEL, in addition to the conventional chirality-induced emission process. This work demonstrates that chiral doping provides a simple strategy for introducing spin-selective carrier transport and CPEL into achiral polymer semiconductors.

0403電子応用
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