2026年5月1日——圆偏振光是一种在传播过程中电磁波呈圆形旋转的光，其特性使其在从下一代3D显示器到能够探测活体组织深处信号的生物成像工具等日益增长的技术领域中具有应用价值。产生这种光的一种方法是借助手性分子——即具有镜像形式且无法完美重叠的化合物。其中，小有机分子（SOM）能提供可调谐的发射波长。

发光自由基是一种有前景的SOM类型，用于红色和近红外圆偏振发光（CPL）发射。一类特定的自由基，即基于三(2,4,6?三氯苯基)甲基（TTM）的自由基，本身具有手性，是CPL的天然候选材料。然而，在实践中，这些分子在多个方面存在不足，在稳定手性、高发射效率和工作条件下的耐久性之间存在权衡。

在此背景下，日本九州大学的研究人员开发了一种新型有机材料，可在光谱的深红至近红外区域发射CPL。这项研究于2026年4月24日发表在《Angewandte Chemie International Edition》上，描述了一系列被称为手性发光自由基的分子，这些分子兼具高发射效率、耐久性和稳定性。

在本研究中，由九州大学材料与化学工程研究所副教授Ken Albrecht领导的团队，包括九州大学工程科学跨学科研究生院博士生Kazuhiro Nakamura、国家先进工业科学技术研究所（AIST）首席高级研究员Takuya Hosokai、筑波大学助理教授Soh Kushida，以及来自东京都立大学和京都大学的其他成员，合成了一系列新的TTM自由基以解决这些问题。该团队从一种名为TTBrM的含溴TTM衍生物开始，引入了一种名为咔唑（Cz）的含氮有机化合物。这种方法产生了三种咔唑取代的TTM自由基：CzTTBrM、2CzTTBrM和3CzTTBrM。

Cz单元的引入从根本上改变了这些分子的发光方式。发射不再是简单的局部电子跃迁，而是通过Cz供体和TTBrM受体之间的电荷转移过程发生，将输出波长转移到650–800纳米的红色至近红外范围。光致发光量子产率（一种描述吸收能量转化为光效率的指标）的测量显示，性能最佳的化合物的值比传统手性发光自由基报道的值高出约30倍。

此外，光稳定性提高了约100倍，新型自由基在连续激光照射下能存活超过1,300秒，而TTBrM仅为19秒。这三种化合物的手性也很稳定，表现出很高的外消旋化（将光学活性化合物转化为非光学活性形式）能垒。简而言之，这些自由基在室温下不会在其各自的镜像形式之间快速切换。因此，可以成功分离出对映体纯（单一镜像形式）的形式，这些形式表现出异常明亮的CPL。

为了进一步探索这些化合物的光学行为，研究人员将自由基嵌入微观聚苯乙烯球中。当用激光照射时，这些微球表现出回音壁模式共振，这是一种光在球形腔内循环、在特定波长处放大的光学效应。Albrecht指出：“这种现象代表了预激光阶段，此前在发光自由基系统中从未被报道过。”

除了在显示器、生物成像和激光器中的应用外，该团队还强调了发光自由基作为新兴量子技术中功能材料的更广泛潜力。Nakamura表示：“这些化合物可能被用作磁场和微波操控的量子材料，有望用于下一代量子信息科学。”

总体而言，这项研究展示了一种强大的设计策略，将有利的电子结构、手性和光发射结合在一个单一分子系统中。通过克服长期存在的权衡问题，这些发光自由基有助于推动新一代光学和量子技术的发展。