筑波大学数理物质系的驹场京花（研究生）、后藤博正（Hiromasa Goto）副教授，以及日本高能加速器研究机构物质结构科学研究所的熊井玲儿教授等人组成的研究团队发表研究成果称，把免疫抑制剂环孢素A作为螺旋诱导剂，成功合成出了具有高光活性的螺旋磁活性导电聚合物。这种导电聚合物能够对于与磁场同向和反向的圆偏振光的吸收表现出差异。相关研究成果已于2月20日发表在《The Journal of Physical Chemistry》上。
研究中获得的有机导电聚合物的分子结构。(a) 通过偏振光学显微镜确认的由胆甾液晶压印而成的螺旋状导电聚合物的特征指纹图案。(b) 从同步辐射 XRD 结果中印证的分子结构。(由筑波大学 Hiromasa Goto 提供)
在半导体领域中，自旋电子学作为通过控制产生磁场的旋转（电子自旋）来控制电子设备等通信技术的基础，被人们寄予厚望。
此前上述研究团队已经成功合成出了转录具有螺旋型电子自旋排列物质构造的各种导电聚合物。这些分子设计，对于选择诱导螺旋的物质是至关重要的。
为此，本次研究考虑使用作为免疫抑制剂而闻名的具有螺旋结构的环孢素A来合成导电聚合物。尽管环孢素A由氨基酸构成，但它可以溶解于有机溶剂中。
将少量环孢素A溶解于5CB（液晶显示器等设备所使用的主要液晶物质）中，由此制成的具有螺旋结构的胆甾型液晶是一种具有手性光活性的物质，因其具有螺旋结构而表现出光反射（选择性反射）。
研究人员以这种液晶溶液作为反应溶剂，以2,7-二硝基芴（2,7-di（2-furyl）fluorene）为单体，通过电化学方法合成了导电聚合物薄膜。通过该方法，能够形成卷曲方向偏向某一个方向的螺旋结构，并获得具有能够使光线向特定方向旋转的光活性导电聚合物。而在使用常规溶剂的合成方法中，将会产生具有光学惰性，分子链随机伸展的导电聚合物。
针对这种导电聚合物，研究人员使用高能加速器研究机构（KEK）光子工厂的同步辐射X射线衍射技术对其微观结构进行了分析，结果显示，这种聚合物与反应溶剂中的螺旋液晶结构相同。这说明尽管这种导电聚合物不是液晶，但它形成了液晶的分子排列。
为了进一步研究其作为磁体的性质，研究人员进行了圆偏振电子共振的测定。当在某一个方向上持续施加磁场，改变圆偏振光微波的照射方向时，研究人员发现了导电聚合物对于微波的吸收存在各向异性。这是首次在导电聚合物中发现对于磁场微波的吸收不同现象。
在自旋电子学领域中的导电聚合物，至今还未见报告，本次的研究成果将成为在聚合物自旋电子学领域迈出的第一步。研究团队未来将把导电聚合物及有机磁活性聚合物与手性相结合，致力于开发与半导体材料和金属材料等用途不同的自旋电子塑料材料。
后藤副教授表示：“导电聚合物正在朝着运用光活性或发光性的光活性材料进化。本次的研究成果从磁活性聚合物的新视点出发，有望成为聚合物自旋电子学的路标。未来，我们将就聚合物的磁性进一步开展研究，推动聚合物自旋电子器件的开发。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：The Journal of Physical Chemistry
论文：Optically Electroactive Polymer Synthesized in a Liquid Crystal with Cyclosporin A - Circularly Polarized Electron Spin Resonance
DOI：10.1021/acs.jpcb.3c07375
