日本京都大學研究生院理學研究科的畠山琢次教授、儘田正史副教授、越智純毅助教、片岡宏太碩士研究生（研究當時）、Lee Tae-Hwan博士研究生等人的研究團隊，通過發展被稱為多重共振的分子設計，成功開發出顯示極小半峰寬（峰值一半高度處的寬度）發光的有機材料。相關成果已發表在《Science》上。
圖1 本研究開發的含BN奈米碳多重共振分子的結構與發光光譜（供圖：京都大學）
有機發光二極體（OLED）已廣泛應用於智慧手機等的顯示螢幕，但因其半峰寬較寬，存在色彩暈染的問題。畠山教授等人在2016年發現了新的分子設計指南，近10年間大幅推動了窄頻帶發光材料的研發進程。
畠山教授等人開發的多重共振（MR）效應能夠抑制參與發光的電子激發態（高能態）與分子振動之間的相互作用，從而防止半峰寬拓寬。具體而言，通過將有機分子碳骨架間的電子定域在碳原子上，以此抑制分子振動，收窄半峰寬。
由此，半峰寬約20奈米的窄頻帶發光材料被開發了出來，但和雷射這類依靠放大單波長光產生的受激輻射光源相比，光譜寬度依舊偏大，因此需要進一步窄頻帶化。
本次研究中，研究團隊提出了通過連接多個MR基本單元來擴展HOMO（最高佔據分子軌域）與LUMO（最低未佔用分子軌域）的空間分離區域，在維持MR效應的同時使激子離域化的分子設計指南，並通過詳細評估新型分子的發光特性，驗證了其有效性。
本次開發的分子m-CzB10-Mes是一種分子骨架通過兩根鍵連接成梯狀的梯形中分子。這類分子通常合成路徑有限、產率較低，但研究團隊利用自研的一步硼化法，以99%以上的高產率在目標位置引入硼原子，成功高效合成了含有10個硼原子的雜奈米碳分子。
發光半峰寬在甲苯中為6.9奈米，在低極性溶劑中達到5.5奈米，與代表性MR分子DABNA-1（甲苯中半峰寬22奈米）相比，發光光譜尖銳程度大幅提升。此外，該材料還顯示出延遲螢光壽命低於1微秒的極快TADF過程，在TADF特性方面達到了與現有D-A型材料相媲美的性能，成功實現了窄頻帶發光與快速TADF過程的兼顧。而且，其發光光譜的銳利程度可媲美雷射染料在強激發下獲得的伴隨受激發射的放大自發輻射（超螢光等）光譜。
上述成果表明，在有機材料中一直被認為難以實現的、接近雷射的單色性發光，有可能在LED中實現，將極大地推動未來發光分子設計與下一代顯示螢幕技術的發展。
畠山教授表示：「各國雖也在利用官能基等開展相關研究，但我們通過在不破壞多重共振效應的情況下使激子在更大空間範圍內離域化，完全消除了發光激發過程及分子結構變化的影響。我認為這是現階段最優的解決方案。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Science
論文：Organic spontaneous emission approaching the monochromatic limit
DOI：doi.org/10.1126/science.aee0001
