理化学研究所、回して重ねた高分子薄膜が円偏光に強く応答

ニュース紹介

「ナノ薄膜のらせん構造を手でつくる －回転させて重ねた高分子膜が円偏光に強く応答－」

理化学研究所（理研）創発物性科学研究センター 創発機能高分子研究チームの横山 高穂 基礎科学特別研究員、但馬 敬介 チームディレクターの研究チームは、分子の向きがそろった高分子薄膜を、1層ずつ手で一定の角度に回転させながら重ねることで、円偏光に強く応答するナノ薄膜を作製することに成功しました。この方法では、らせんの巻く方向だけでなく、巻きの間隔や層数も制御できます。

高分子が光を吸収する性質とらせん状に重ねた構造が組み合わさり、可視光領域で強い円偏光応答が生じました。ドーピングによる近赤外領域への応答の拡大、透明なスペーサー層の挿入による応答の増強、光学シミュレーションによる円偏光応答の予測も示しました。本研究は、科学雑誌『ACS Nano』オンライン版（11月6日付）に掲載されました。

出典：理化学研究所 2026年11月10日 プレスリリース／掲載誌：ACS Nano／DOI：10.1021/acsnano.6c07118
https://www.riken.jp/press/2026/20261110_1/index.html

FrontJournalの解説

この研究分野について

円偏光（電場の向きが進行方向に対して左回りまたは右回りに回転しながら進む光）は、キラル（鏡に映した形と重ね合わせられない性質）な分子や構造を調べる手がかりになります。左右の円偏光の吸収の差を測る円二色性分光は、タンパク質の二次構造の評価や、温度やpHを変えたときの構造変化の追跡に使われています。

円偏光を扱う部材は、分析装置だけでなくディスプレイにも使われています。有機ELディスプレイでは、直線偏光板とλ/4板（直線偏光と円偏光を変換する光学素子）を組み合わせた円偏光板が、外光の反射を抑える役割を担います。

①回す角度と間隔でらせんを設計する

理研の横山高穂氏と但馬敬介氏のチームは、分子の向きがそろった半導体高分子（絶縁体と導体の中間の性質を持つ高分子）の薄膜を液面上で作り、スタンプを押すように基板へ移し取りました。一辺25mmの基板を一定の角度ずつ手で回しながら1層ずつ重ねると、厚み方向に左巻きまたは右巻きのらせんができます。分子自体はキラルでない高分子でも、重ね方によってキラルな薄膜構造になる点が特徴です。

らせんの巻く向きを反対にすると、円二色性のシグナルの符号も反転します。重ね方を変えるだけで、左右どちらの円偏光を強く吸収するかを選べます。

②予測どおりに応答を強め、近赤外まで広げる

5層を重ねた膜の光学シミュレーションは、回転角によって円偏光への応答が大きく変わると予測しました。分度器で角度を合わせて作った試料の測定結果は、この予測とよく一致しています。

膜と膜の間にポリスチレンの透明なスペーサー層を挟んで間隔を広げると、予測どおり円二色性が強まりました。さらにドーピング（少量の別の物質を加えて性質を変える操作）で光を吸収する波長範囲を広げ、近赤外領域でも円二色性が観測されています。

FrontJournalからのひとこと

円偏光を識別・制御するには通常、複数の光学素子を組み合わせる必要があります。薄膜そのものに左右の円偏光を区別する働きを持たせられれば、円偏光を使う光分析や光計測を、より薄く軽い部材で実現できる可能性があると研究チームはみています。分度器と手作業で、狙ったらせん構造と予測に沿った応答を実現できた点は、材料の試作を繰り返す現場にとって、検討の入口が広がる成果です。

FrontJournal編集部