東京大学ら、多孔性金属錯体（MOF）中の電子スピンを光で検出

ニュース紹介

「多孔性金属錯体（MOF）中の電子スピンの光検出を初めて実証～高感度なケミカル量子センシングに向けた重要な一歩～」

東京大学大学院理学系研究科の井上魅紅大学院生、石井航大学院生、楊井伸浩教授らの研究グループは、グラスゴー大学、シェフィールド大学、埼玉大学、日本電子株式会社、自然科学研究機構分子科学研究所、神戸大学の研究者と共同で、多孔性金属錯体（MOF）中に生成した励起三重項の電子スピンを光で検出できることを初めて実証したと発表した。

研究グループは、フリーベースポルフィリンを配位子としたMOFを合成し、光照射で生じる配位子由来の励起三重項スピンを、光検出磁気共鳴（ODMR）測定によって検出した。結晶構造は電子線回折で確認し、パルスESR測定ではスピン―スピン緩和時間（T2）が励起光強度に応じて0.78μsから数μsの間で変化した。ゼロ磁場でマイクロ波を掃引すると、特定の周波数で発光強度が変化し、そのエネルギー分裂幅はESR測定から求めた値とよく一致したという。

研究グループは、MOFとODMRを組み合わせた高感度な化学物質の量子センシングに向けた一歩になるとしている。成果は『urnal of the American Chemical Society』に掲載された。本研究は科学技術振興機構（JST）の戦略的創造研究推進事業 CREST、先端国際共同研究推進事業（ASPIRE）、戦略的創造研究推進事業さきがけなどの支援を受けた。

出典：科学技術振興機構（JST） 2026年10月9日プレスリリース（論文：Optically Addressable Spins in a Metal-Organic Framework／掲載誌：Journal of the American Chemical Society／DOI: 10.1021/jacs.6c12867）
https://www.jst.go.jp/pr/announce/20261009/index.html

FrontJournalの解説

この研究分野について

量子センシング（電子や原子核のスピンなどの量子状態が周囲の環境に敏感に反応する性質を使い、磁場や温度、化学物質などを測る技術）では、ンの状態をどう読み出すかが要になります。代表的な方法の一つが光検出磁気共鳴（ODMR）で、マイクロ波を当てたときの発光の強さの変化からスピンの状態を読み取ります。マイクロ波で直接検出する電子スピン共鳴（ESR）と比べ、高い感度と空間分解能で測れるとされます。

光で読み出せるスピンの代表例は、ダイヤモンド中の窒素―空孔中心（NV中心。炭素原子の一部が窒素と空孔に置き換わった欠陥）です。ただし結晶の欠陥を使うため、スピンの位置を自在に決めにくく、外部の物質との相互作用も弱いという課題がありました。

①分子を組み立ててスピンの配置を決める

多孔性金属錯体（MOF。金属イオンと有機分子が規則正しくつながり、内部に無数の細かい孔をもつ結晶）は、つなぐ有機分子を選ぶことで構造を設計できる材料です。スピンをもつ分子を骨格に組み込めば、スピンの位置や向きを結晶の中でそろえられます。さらに孔の中に検出したい分子を取り込めば、スピンのすぐ近くで相互作用させられると期待されています。

MOFを量子センシングに使う研究はこれまでもあり、2022年には米国のグループが、MOFに組み込んだラジカルを使い、溶液中のリチウムイオンを室温で検出した成果をJournal of the American Chemical Societyに報告しています。ただしこの読み出しはESRによるもので、今回はMOF中のスピンを光で読み出した点が異なります。