日本京都大学研究生院理学研究科的畠山琢次教授、儘田正史副教授、越智纯毅助教、片冈宏太硕士研究生（研究当时）、Lee Tae-Hwan博士研究生等人的研究团队，通过发展被称为多重共振的分子设计，成功开发出显示极小半峰宽（峰值一半高度处的宽度）发光的有机材料。相关成果已发表在《Science》上。
图1 本研究开发的含BN纳米碳多重共振分子的结构与发光光谱（供图：京都大学）
有机发光二极管（OLED）已广泛应用于智能手机等的显示屏，但因其半峰宽较宽，存在色彩晕染的问题。畠山教授等人在2016年发现了新的分子设计指南，近10年间大幅推动了窄带发光材料的研发进程。
畠山教授等人开发的多重共振（MR）效应能够抑制参与发光的电子激发态（高能态）与分子振动之间的相互作用，从而防止半峰宽拓宽。具体而言，通过将有机分子碳骨架间的电子定域在碳原子上，以此抑制分子振动，收窄半峰宽。
由此，半峰宽约20纳米的窄带发光材料被开发了出来，但和激光这类依靠放大单波长光产生的受激辐射光源相比，光谱宽度依旧偏大，因此需要进一步窄带化。
本次研究中，研究团队提出了通过连接多个MR基本单元来扩展HOMO（最高占据分子轨道）与LUMO（最低未占分子轨道）的空间分离区域，在维持MR效应的同时使激子离域化的分子设计指南，并通过详细评估新型分子的发光特性，验证了其有效性。
本次开发的分子m-CzB10-Mes是一种分子骨架通过两根键连接成梯状的梯形中分子。这类分子通常合成路径有限、收率较低，但研究团队利用自研的一步硼化法，以99%以上的高收率在目标位置引入硼原子，成功高效合成了含有10个硼原子的杂纳米碳分子。
发光半峰宽在甲苯中为6.9纳米，在低极性溶剂中达到5.5纳米，与代表性MR分子DABNA-1（甲苯中半峰宽22纳米）相比，发光光谱尖锐程度大幅提升。此外，该材料还显示出延迟荧光寿命低于1微秒的极快TADF过程，在TADF特性方面达到了与现有D-A型材料相媲美的性能，成功实现了窄带发光与快速TADF过程的兼顾。而且，其发光光谱的锐利程度可媲美激光染料在强激发下获得的伴随受激发射的放大自发辐射（超荧光等）光谱。
上述成果表明，在有机材料中一直被认为难以实现的、接近激光的单色性发光，有可能在LED中实现，将极大地推动未来发光分子设计与下一代显示屏技术的发展。
畠山教授表示：“各国虽也在利用官能基等开展相关研究，但我们通过在不破坏多重共振效应的情况下使激子在更大空间范围内离域化，完全消除了发光激发过程及分子结构变化的影响。我认为这是现阶段最优的解决方案。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Science
论文：Organic spontaneous emission approaching the monochromatic limit
DOI：doi.org/10.1126/science.aee0001
