築波大學數理物質系的駒場京花（研究生）、後藤博正（Hiromasa Goto）副教授，以及日本高能加速器研究機構物質結構科學研究所的熊井玲兒教授等人組成的研究團隊發表研究成果稱，把免疫抑製劑環孢素A作爲螺旋誘導劑，成功合成出了具有高光活性的螺旋磁活性導電聚合物。這種導電聚合物能夠對於與磁場同向和反向的圓偏光的吸收表現出差異。相關研究成果已於2月20日發表在《The Journal of Physical Chemistry》上。
研究中獲得的有機導電聚合物的分子結構。(a) 透過偏光學顯微鏡應答的由膽甾液晶壓模印而成的螺旋狀導電聚合物的特徵指紋圖案。(b) 從同步輻射 XRD 結果中印證的分子結構。(由築波大學 Hiromasa Goto 提供)
在半導體領域中，自旋電子學作爲透過控制產生磁場的旋轉（電子自旋）來控制電子設備等通訊技術的基礎，被人們寄予厚望。
此前上述研究團隊已經成功合成出了轉錄具有螺旋型電子自旋排列物質構造的各種導電聚合物。這些分子設計，對於選擇誘導螺旋的物質是至關重要的。
爲此，本次研究考慮使用作爲免疫抑製劑而聞名的具有螺旋結構的環孢素A來合成導電聚合物。儘管環孢素A由氨基酸構成，但它可以溶解於有機溶劑中。
將少量環孢素A溶解於5CB（液晶顯示器等設備所使用的主要液晶物質）中，由此製成的具有螺旋結構的膽甾型液晶是一種具有手性光活性的物質，因其具有螺旋結構而表現出光反射（選擇性反射）。
研究人員以這種液晶溶液作爲反應溶劑，以2,7-二硝基芴（2,7-di（2-furyl）fluorene）爲單體，透過電化學方法合成了導電聚合物薄膜。透過該方法，能夠形成捲曲方向偏向某一個方向的螺旋結構，並獲得具有能夠使光線向特定方向旋轉的光活性導電聚合物。而在使用常規溶劑的合成方法中，將會產生具有光學非活性的，分子鏈隨機伸展的導電聚合物。
針對這種導電聚合物，研究人員使用高能加速器研究機構（KEK）光量子工廠的同步輻射X射線繞射技術對其微觀結構進行了分析，結果顯示，這種聚合體與反應溶劑中的螺旋液晶結構相同。這說明儘管這種導電聚合物不是液晶，但它形成了液晶的分子排列。
爲了進一步研究其作爲磁體的性質，研究人員進行了圓偏振電子共振的測定。當在某一個方向上持續施加磁場，改變圓偏光微波的照射方向時，研究人員發現了導電聚合物對於微波的吸收存在各向異性。這是首次在導電聚合物中發現對於磁場微波的吸收不同現象。
在自旋電子學領域中的導電聚合物，至今還未見報告，本次的研究成果將成爲在聚合體自旋電子學領域邁出的第一步。研究團隊未來將把導電聚合物及有機磁活性聚合體與手性相結合，致力於開發與半導體材料和金屬材料等用途不同的自旋電子塑膠材料。
後藤副教授表示：「導電聚合物正在朝着運用光活性或發光性的光活性材料演化。本次的研究成果從磁活性聚合體的新視點出發，有望成爲聚合體自旋電子學的路標。未來，我們將就聚合體的磁性進一步開展研究，推動聚合體自旋電子器件的開發。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌：The Journal of Physical Chemistry
論文：Optically Electroactive Polymer Synthesized in a Liquid Crystal with Cyclosporin A - Circularly Polarized Electron Spin Resonance
DOI：10.1021/acs.jpcb.3c07375
