論理素子
【課題】光信号を電気信号に変換することなく、光信号の入出力によって直接論理演算を行うことが可能な論理素子を提供すること。
【解決手段】基底状態から励起状態への遷移エネルギーが異なり、かつ、失活時の放出エネルギーが異なっている２種類の分子からなり、第一分子が励起状態にある場合には第一分子から第二分子にエネルギーが移動するが、第二分子が励起状態にある場合には第二分子から第一分子にエネルギーは移動しないように構成されている論理素子。当該素子は、第一分子を励起させる特定波長の光、及び／又は、第二分子を励起させる特定波長の光を入力すると、第二分子が放射する特定波長の光を、ＯＲ演算結果として出力し、また、第一分子を励起させる特定波長の光、及び、第二分子を励起させる特定波長の光を入力すると、第一分子が放射する特定波長の光を、ＡＮＤ演算結果として出力する。
【解決手段】基底状態から励起状態への遷移エネルギーが異なり、かつ、失活時の放出エネルギーが異なっている２種類の分子からなり、第一分子が励起状態にある場合には第一分子から第二分子にエネルギーが移動するが、第二分子が励起状態にある場合には第二分子から第一分子にエネルギーは移動しないように構成されている論理素子。当該素子は、第一分子を励起させる特定波長の光、及び／又は、第二分子を励起させる特定波長の光を入力すると、第二分子が放射する特定波長の光を、ＯＲ演算結果として出力し、また、第一分子を励起させる特定波長の光、及び、第二分子を励起させる特定波長の光を入力すると、第一分子が放射する特定波長の光を、ＡＮＤ演算結果として出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号を電気信号に変換することなく、光信号の入出力によって直接論理演算を行うことが可能な論理素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報処理及び信号処理を行う論理演算素子としては、現在、半導体ＣＭＯＳ素子が広く利用されている。情報通信分野においては情報通信量の増大に伴う消費エネルギーの爆発的増大が問題となっているが、この素子では、信号を多数の電子によって伝播して処理するために、１ビットのスイッチングのために１０−１５Ｊ程度のエネルギーが消費される。光を媒体として利用する光通信等のシステムにおいて当該素子を利用する場合には、伝播されてきた光信号を電気信号（電圧）に変換してから情報処理を行うために、さらにエネルギーが消費されることになる。
【０００３】
このため、従来の半導体素子よりも低エネルギーで動作し得る論理演算素子が求められている。そのような素子として単量子素子が提案され、この素子は１０−１８Ｊ以下という極めて微量のエネルギーでスイッチング動作をすることが可能である。しかし単量子として単電子又は単一磁束量子を用いた論理素子においては、素子の冷却が必要になる。一方、単量子として光子を利用する論理素子は、そのような冷却の必要性がなく、また、光を電子に変換する必要性もなく光信号の入出力によって直接論理演算を行うことができるため、きわめて好ましいものと言える。
【０００４】
現在、光子を利用した光論理素子としては、フォトニックゲート（非特許文献１を参照）、及び、量子ドット近接場スイッチ（非特許文献２を参照）が報告されている。しかしながら、前者は酸化還元ゲートに基づいたものであるため、溶液中で動作させることが必要であり、単一分子単位で動作させることは極めて困難である。後者はその作製にあたって量子ドットのサイズ制御と量子ドット間の距離制御が困難であり、励起準位と相互作用を所望のデザイン通りに調整するのは難しい。また、いずれの文献にも、ゲート動作によるスイッチング動作のみが記載され、ＡＮＤ／ＯＲ論理出力についてはまったく記載されていない。
【非特許文献１】Ｒ．Ｗ．Ｗａｇｎｅｒ，Ｊ．Ｓ．Ｌｉｎｄｓｅｙ，Ｊ．Ｓｅｔｈ，Ｖ．Ｐａｌａｎｉａｐｐａｎ ａｎｄ Ｄ．Ｆ．Ｂｏｃｉａｎ，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１１８，３９９６（１９９６）
【非特許文献２】Ｔ．Ｋａｗａｚｏｃ，Ｋ．Ｋｏｂａｙａｓｈｉ，Ｓ．Ｓａｎｇｕ ａｎｄ Ｍ．Ｏｈｔｓｕ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．８２，２９５７（２００３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記現状に鑑み、光信号を電気信号に変換することなく、光信号の入出力によって直接論理演算を行うことが可能な論理素子であって、性能制御が容易であり、かつ単一分子単位での動作が可能な論理素子を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、特定量のエネルギーを吸収することによって基底状態から励起状態に遷移し、かつ、励起状態から基底状態に遷移する際に特定量のエネルギーを放出する分子を利用した論理素子において、そのような分子として、各々の励起エネルギー、及び、各々の失活エネルギーが異なる２種類の分子を採用し、かつ、その分子間においてエネルギー移動が一方向にのみ生起するようにすることによって、前記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち本発明は、基底状態から励起状態への遷移の際に吸収するエネルギーが異なり、かつ、励起状態から基底状態に遷移する際に放出するエネルギーが異なっている２種類の分子からなり、
第一分子が励起状態にあり第二分子が基底状態にある場合には、第一分子から第二分子にエネルギーが移動して第二分子を励起状態に遷移させるが、第二分子が励起状態にあり第一分子が基底状態にある場合には第二分子から第一分子にエネルギーは移動しないように構成されていることを特徴とする論理素子である。
【０００８】
本発明の好ましい態様においては、第一分子及び第二分子が、各々特定波長の光の吸収によって励起状態に遷移し、基底状態への遷移時に各々特定波長の光を放射するものである。
【０００９】
第一分子及び第二分子としては、蛍光性の有機化合物が好ましい。また、第一分子と第二分子とが、直接的に、又は、リンカーを介して結合されていることが好ましい。
【００１０】
本発明の論理素子は、第一分子が励起の際に吸収する特定波長の光、及び／又は、第二分子が励起の際に吸収する特定波長の光を入力し、第二分子が失活時に放射する特定波長の光を、ＯＲ演算結果として出力することができる。
【００１１】
また、本発明の論理素子は、第一分子が励起の際に吸収する特定波長の光、及び、第二分子が励起の際に吸収する特定波長の光を入力し、第一分子が失活時に放射する特定波長の光を、ＡＮＤ演算結果として出力することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の論理素子は、分子の励起及び失活に関わる性質を利用するものであるため、入力信号及び出力信号の双方に光信号を用いることができる。したがって、光信号の入出力のみによって直接論理演算を行うことが可能である。この際、入出力される信号線は各々、波長によって識別することができる。
【００１３】
本発明の論理素子は、２種類の分子の組合せである単一分子単位で動作させることが可能である。また、当該組合せを基板に結合すること等によって極小サイズの素子とすることができる。
【００１４】
本発明では論理素子を分子から構成するため、化学合成によって、分子の励起準位エネルギー、２分子間相互作用（エネルギー移動）等を精密に制御することができ、演算速度や適用場面等に応じて論理素子の性能を制御することが容易である。
【００１５】
本発明の論理素子は、実質的に４端子素子として動作することが可能なものであり、２種類の分子の組合せという単純な構成によって、ＯＲ演算処理及びＡＮＤ演算処理を同時に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明の具体的な実施態様を詳細に説明するが、本発明はこれら実施態様に限定されるものではない。
本発明の論理素子は、少なくとも２種類の分子を含むものである。以下では、これら２種類の分子をそれぞれ、第一分子、及び、第二分子とする。
【００１７】
本発明で用いる２種類の分子は、特定量のエネルギーを吸収することによって基底状態から励起状態に遷移（励起）し、かつ、特定量のエネルギーを外部に放出することによって励起状態から基底状態に遷移（失活）するものである。
【００１８】
本発明の論理素子は、分子が吸収する特定量のエネルギーの存在、及び、非存在を、入力値としての「１」及び「０」として利用し、さらに、分子が外部に放出する特定量のエネルギーの存在、及び、非存在を、出力値としての「１」及び「０」として利用するものである。
【００１９】
本発明で使用できる分子としては上記の性質を満足するものであれば特に限定されないが、例えば、ポルフィリン類；アクリフラビン等のフラビン類；フルオレセイン等のフルオレセイン類；ローダミン６Ｇ、ローダミンＢ等のローダミン類；ヨウ化３，３′−ジエチルトリカルボシアニン、クロロアルミニウムフタロシアニン等のシアニン類；アントラセン；クマリン６等のクマリン類；トリス（ビピリジン）ルテニウム錯体、トリス（ビピリジン）オスミウム錯体等のポリピリジン金属錯体類；Ｃ６０、Ｃ７０等のフラーレン類；カルコン等の蛍光性の有機化合物；蛍光性の無機化合物；ＣｕＣｌ、ＧａＮ、ＺｎＯ、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ、ＰｂＳ等の材料系からなる量子ドット等が挙げられる。なかでも、後述する２分子間のエネルギー移動の方向及び速度を制御するために、蛍光性の有機化合物を用いることが好ましい。なお、本発明における蛍光性の有機化合物には、有機化合物を配位子とする金属錯体も含める。
【００２０】
本発明では、第一分子と第二分子とのあいだで、基底状態から励起状態への遷移の際に吸収するエネルギー（励起エネルギー）量が相違するよう２種類の分子を選択して用いる。一般に分子が基底電子状態から励起電子状態に遷移する際には、励起エネルギーとして光を吸収する。その吸収される光の波長と、吸光量との関係は、例えば図２で示すような吸収スペクトルとして示される。本発明において「第一分子と第二分子とのあいだで励起エネルギーが異なる」とは、必ずしも吸収スペクトル全体において相違することを意味するのではなく、ある特定の波長において第一分子は吸光するが第二分子は実質的に吸光せず、別の波長においては第一分子は実質的に吸光しないが第二分子は吸光する、というような関係が存在することを意味する。これによって、第一分子のみを励起する光の波長と、第二分子のみを励起する光の波長とを区別することを可能にする。
【００２１】
さらに、第一分子と第二分子とのあいだで、励起状態から基底状態に遷移する際に放出するエネルギー（失活エネルギー）量も相違するように２種類の分子を選択して用いる。一般に分子が励起電子状態から基底電子状態に遷移する際には、光を放射することにより励起エネルギーを外部に放出する（放射失活）。本発明では、放射失活時に放出されるエネルギーを利用することが論理素子としての利用可能性の観点から好ましい。
【００２２】
放射失活には、蛍光とりん光の２つの機構があるが、りん光の場合には長時間その放射が持続することから、論理素子としての即答性の観点から、蛍光による放射失活を利用することが好ましい。
【００２３】
一般に分子が蛍光を放射することによって励起電子状態から基底電子状態に遷移する際には、その蛍光の波長と、その発光量との関係が、例えば図３で示すような蛍光スペクトルとして示される。本発明において「第一分子と第二分子とのあいだで失活エネルギーが異なる」とは、必ずしも蛍光スペクトル全体において相違することを意味するのではなく、第一分子はある特定の波長での蛍光を放射するが、第二分子はその波長での蛍光を実質的に放射せず、逆に、第二分子が放射する別の波長の蛍光については、第一分子が実質的に放射しない、というような関係が存在することを意味する。これによって、第一分子のみが放射する蛍光の波長と、第二分子のみが放射する蛍光の波長とを区別することを可能にする。
【００２４】
本発明において上記２点の関係を満足する２分子を選択するためには、各分子の励起エネルギーと失活エネルギーを比較検討すればよい。吸収光の波長と蛍光の波長を利用する場合には、図２及び図３で示しているように２分子の吸収スペクトル及び蛍光スペクトルをそれぞれ、重ね合わせることによって容易に判断可能である。
【００２５】
本発明で利用できる２分子の組合せとしては特に限定されないが、例えば、Ｚｎポルフィリンと遊離塩基ポルフィリンの組合せ、トリス（ビピリジン）ルテニウム錯体とトリス（ビピリジン）オスミウム錯体の組合せ、アントラセンとカルコンの組合せ、クマリン６とローダミン６Ｇの組合せ等が挙げられる。
【００２６】
本発明では、第一分子のみが吸収する特定量のエネルギー、及び、第二分子のみが吸収する特定量のエネルギーが、２種類の入力信号を構成し、第一分子のみが放出する特定量のエネルギー、及び、第二分子のみが放出する特定量のエネルギーが、２種類の出力信号を構成するので、本発明の論理素子は、実質的に、４端子素子として動作する。
【００２７】
本発明の最も好ましい態様では、分子によるエネルギーの吸収及び放出の双方が光子を介して行われるので、光信号を電気信号に変換する必要がなく、光信号の入出力のみによって直接論理演算を行うことができる。この場合、入出力される光信号は波長によって識別することができる。
【００２８】
本発明の論理素子は、上述した関係を満たす２分子を利用し、さらに、第一分子が励起状態にあり第二分子が基底状態にある場合には、第一分子から第二分子にエネルギーが移動して第二分子を励起状態に遷移させるが、第二分子が励起状態にあり第一分子が基底状態にある場合には第二分子から第一分子にエネルギーは移動しないように構成される。この構成によって、上記２分子からなる系が、入力される２種類のエネルギーの存在及び／又は非存在に応じて論理演算を行うことができる論理素子として機能するようになる。
【００２９】
本発明において「第一分子から第二分子にエネルギーが移動して第二分子を励起状態に遷移させる」とは、励起状態にある第一分子が失活エネルギーを外部に放出して失活する前に、その励起エネルギーが第二分子に移動することによって、第一分子が失活するとともに、第二分子がその移動エネルギーによって励起状態に遷移することをいう。ただし、このようなエネルギー移動は、第二分子が基底状態にある場合にのみ進行し、第二分子がすでに励起状態にある場合には両分子のあいだに移動に必要なエネルギー差が存在しないことになるので、進行しない。
【００３０】
また「第二分子から第一分子にエネルギーは移動しない」とは、第一分子を励起させるに足る量のエネルギーが、第二分子から第一分子に移動することは実質的にないことを意味する。すなわち、励起状態にある第二分子が失活するには、第二分子自体が失活エネルギーを外部に放出する必要があり、その励起エネルギーが第一分子に移動し第一分子を励起させることは実質的にない。
【００３１】
以下は図１を参照しつつ説明する。図１中の「基底１」、「基底２」、「励起１」及び「励起２」はそれぞれ、基底状態にある第一分子、基底状態にある第二分子、励起状態にある第一分子、及び、励起状態にある第二分子を示す。「入力１」、「入力２」、「出力１」及び「出力２」はそれぞれ、第一分子を励起させるエネルギーの入力、第二分子を励起させるエネルギーの入力、第一分子が外部に放射したエネルギーの出力、及び、第二分子が外部に放射したエネルギーの出力を示す。
【００３２】
図１のルートｂで示すとおり、第一分子を励起させるエネルギーのみが入力されると、第一分子が励起され、第二分子は基底状態に留まる。この場合、第一分子から第二分子にエネルギーが移動することによって、第一分子は失活して基底状態に遷移するとともに、第二分子が励起状態に遷移する。これによって、第一分子は失活エネルギーを外部に放出することはなく、逆に、エネルギー移動によって励起された第二分子が失活エネルギーを外部に放出する。
【００３３】
一方、ルートｃで示すとおり、第二分子を励起させるエネルギーのみが入力されると、第二分子が励起され、第一分子は基底状態に留まる。この場合にはエネルギー移動は起こらないので、この場合も第二分子が失活エネルギーを外部に放出する。
【００３４】
さらに、ルートａで示すとおり、第一分子を励起させるエネルギーと第二分子を励起させるエネルギーの双方が入力され、第一分子と第二分子の双方が励起された場合も、第二分子は失活エネルギーを放出する。
【００３５】
したがって、第一分子が励起の際に吸収する励起エネルギー（入力１）、及び、第二分子が励起の際に吸収する励起エネルギー（入力２）のいずれか一方、又は、双方を入力した場合には、第二分子による失活エネルギー（出力２）が出力される。すなわち、第二分子による失活エネルギー（出力２）は、上記２種類の励起エネルギー（入力１及び入力２）に対してＯＲ演算結果となる出力に相当する。
【００３６】
一方、本発明の論理素子において第一分子が失活エネルギーを外部に放出するのは、第一分子を励起させるエネルギーと第二分子を励起させるエネルギーの双方が入力され、第一分子と第二分子の双方が励起された場合のみである（ルートａ）。すなわち、第一分子が励起の際に吸収する励起エネルギー（入力１）、及び、第二分子が励起の際に吸収する励起エネルギー（入力２）の双方を入力した場合に、第一分子による失活エネルギー（出力１）が出力される。よって、第一分子による失活エネルギー（出力１）は、上記２種類の励起エネルギー（入力１及び入力２）に対してＡＮＤ演算結果となる出力に相当する。本発明の論理素子における入出力の対応関係を、以下の表１にまとめた。
【００３７】
【表１】
【００３８】
エネルギーの入出力を光で行う場合では、本発明の論理素子は、第一分子が励起の際に吸収する特定波長の光、及び／又は、第二分子が励起の際に吸収する特定波長の光を入力すると、第二分子が失活時に放射する特定波長の光を、ＯＲ演算結果として出力することになる。一方、第一分子が励起の際に吸収する特定波長の光、及び、第二分子が励起の際に吸収する特定波長の光を入力すると、第一分子が失活時に放射する特定波長の光を、ＡＮＤ演算結果として出力することになる。
【００３９】
２分子間のエネルギー移動の速度や効率は、第一分子と第二分子の相対角、距離、第一分子と第二分子をつなぐリンカー分子の種類により調整することができる。例えば、Ｚｎポルフィリンと遊離塩基ポルフィリンからなる分子アレイでは、文献（S. I. Yang et.al., J. Phys. Chem. 102, 9426-9436 (1998)）によれば、ｐ−フェニレンをリンカーとした場合には、エネルギー移動定数は（３．５ｐｓ）−１であり、ｐ，ｐ’−ジフェニルエチンをリンカーとした場合には、エネルギー移動定数は（２４ｐｓ）−１になる。
【００４０】
上記関係を満足させその状態を維持するには、第一分子と第二分子とが、直接的に、又は、リンカーを介して結合された状態にある分子構造体を利用することが好適である。ここでリンカーとは、第一分子と第二分子とのあいだに挿入されて両者を結合させる物質のことをいう。第一分子と第二分子が有機化合物である場合には、リンカーとしても有機物を用いることが好ましく、第一分子及び第二分子と、リンカーとが共有結合によって結合していることがより好ましい。
【００４１】
なおエネルギー移動の有無について知見を得るには、図３で示すように、第一分子単独、第二分子単独、及び、第一分子と第二分子からなる分子構造体それぞれについての吸収スペクトルと蛍光スペクトルを測定し、それを重ね合わせればよい。その詳細については後述する。
【００４２】
本発明の論理素子は、上記２分子の組合せを一単位として、分散媒である高分子化合物や、無機物等のなかに分散し、これを極小サイズに切り出したものでもよいし、基板上に一単位又は数単位ごとに結合させたものであってもよい。
【実施例】
【００４３】
以下では、本発明の論理素子を構成することのできる具体的な系として、中心金属として亜鉛を有するポルフィリン錯体（以下、Ｚｎポルフィリンという。上記の第一分子に相当）と、中心金属を持たない遊離塩基ポルフィリン（以下、Ｆｂポルフィリンという。上記の第二分子に相当）とを、リンカーとしてｐ，ｐ′−ジフェニルエチンを用いて結合させた次式の分子アレイを挙げて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。この分子アレイの合成方法はR. S. Loewe, R. K. Lammi, J. R. Diers, C. Irmaier, D. F. Bocian, D. Holten, and J. S. Lindsey, “Design and synthesis of light-harvesting rods for intrinsic rectification of the migration of excited-state energy and ground-state holes.” J. Mater. Chem., 12, 1530-1552 (2002)に記載の方法に準じた。
【００４４】
【化１】
【００４５】
Ｚｎポルフィリン単独、Ｆｂポルフィリン単独、及び、分子アレイそれぞれを含む１０μＭクロロホルム溶液について、種々の波長の光を照射してその吸光量を分光光度計（日立社、Ｕ−４０００）にて測定し、また、波長５５０ｎｍの光を照射した後に放射される蛍光の波長及びその発光量を蛍光分光光度計（日立社、Ｆ−４５００）にて測定した。その結果得られた吸収スペクトル及び蛍光スペクトルを、図２及び図３に示す。Ｚｎポルフィリン単独のスペクトルは実線で示し、Ｆｂポルフィリン単独のスペクトルは破線で示し、これら２分子からなる分子アレイのスペクトルは点線で示している。
【００４６】
図２に示した吸収スペクトルから、波長５６０ｎｍの光は実質的にＺｎポルフィリンのみが吸収し、波長６５０ｎｍの光は実質的にＦｂポルフィリンのみが吸収することが分かる。したがってＺｎポルフィリンは波長５６０ｎｍの光によって選択的に励起され（入力１）、Ｆｂポルフィリンは波長６５０ｎｍの光によって選択的に励起される（入力２）。
また図２より、波長５５０ｎｍの光はＺｎポルフィリンが主に吸収するが、Ｆｂポルフィリンのほうも吸収し得ることが分かる。
【００４７】
図３に示した蛍光スペクトルでは、波長６００ｎｍの蛍光はＺｎポルフィリンから放射されるがＦｂポルフィリンからは実質的に放射されない。したがって波長６００ｎｍの蛍光は、Ｚｎポルフィリンからの蛍光として識別できる（出力１）。一方、波長７２０ｎｍの蛍光はＦｂポルフィリンから放射されるがＺｎポルフィリンからは実質的に放射されないので、この蛍光は、Ｆｂポルフィリンからの蛍光として識別できる（出力２）。
【００４８】
さらに図３に示した蛍光スペクトルでは、ＺｎポルフィリンとＦｂポルフィリンを含む分子アレイの蛍光スペクトルは、Ｚｎポルフィリン単独の蛍光スペクトルとは大きく異なり、Ｆｂポルフィリン単独の蛍光スペクトルとほぼ同一の傾向を示している。分子アレイの蛍光スペクトルは、Ｚｎポルフィリン単独の場合の波長６００ｎｍの蛍光を含んでいない。これは、分子アレイ中のＺｎポルフィリンが励起された場合には、そのエネルギーはＦｂポルフィリンに移動し、Ｆｂポルフィリンのほうから外部に放出され、分子アレイ中のＦｂポルフィリンが励起された場合には、そのエネルギーは移動せず、同じくＦｂポルフィリンから外部に放出されるためである。
【００４９】
しかしながら、照射する波長５５０ｎｍの光の間隔を十分に短くした場合には、図３とは異なり、ＺｎポルフィリンとＦｂポルフィリンの双方から、蛍光が見られるようになる。これは、Ｆｂポルフィリンによるフォトンの吸収又はＺｎポルフィリンからのエネルギー移動によってＦｂポルフィリンが励起されたあと失活する以前に、次のフォトンが入射されＺｎポルフィリンも励起されることによって、両ポルフィリンがともに励起された状態になり、双方が失活エネルギーを放出するためである。
【００５０】
以上から、Ｚｎポルフィリンのみを励起する波長５６０ｎｍの光（入力１）、及び、Ｆｂポルフィリンのみを励起する波長６５０ｎｍの光（入力２）のいずれか一方、又は、双方を入力した場合には、Ｆｂポルフィリンが放射する波長７２０ｎｍの蛍光（出力２）が出力されることになろう。したがって、この出力光が、上記２つの入力光に対してＯＲ演算結果に相当する。
【００５１】
一方、Ｚｎポルフィリンのみを励起する波長５６０ｎｍの光（入力１）、及び、Ｆｂポルフィリンのみを励起する波長６５０ｎｍの光（入力２）の双方を入力した場合においては、Ｚｎポルフィリンが放射する波長６００ｎｍの蛍光（出力１）が出力されることになろう。したがって、この出力光が、上記２つの入力光に対してＡＮＤ演算結果に相当する。
【００５２】
以上から、上記の分子アレイが本発明の論理素子として使用できることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の論理素子における２分子の基底状態又は励起状態と、入出力の関係を説明する図
【図２】実施例で用いたＺｎポルフィリン単独（実線）、Ｆｂポルフィリン単独（破線）、及び、これら２分子からなる分子アレイ（点線）それぞれの吸収スペクトル
【図３】実施例で用いたＺｎポルフィリン単独（実線）、Ｆｂポルフィリン単独（破線）、及び、これら２分子からなる分子アレイ（点線）それぞれの蛍光スペクトル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号を電気信号に変換することなく、光信号の入出力によって直接論理演算を行うことが可能な論理素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報処理及び信号処理を行う論理演算素子としては、現在、半導体ＣＭＯＳ素子が広く利用されている。情報通信分野においては情報通信量の増大に伴う消費エネルギーの爆発的増大が問題となっているが、この素子では、信号を多数の電子によって伝播して処理するために、１ビットのスイッチングのために１０−１５Ｊ程度のエネルギーが消費される。光を媒体として利用する光通信等のシステムにおいて当該素子を利用する場合には、伝播されてきた光信号を電気信号（電圧）に変換してから情報処理を行うために、さらにエネルギーが消費されることになる。
【０００３】
このため、従来の半導体素子よりも低エネルギーで動作し得る論理演算素子が求められている。そのような素子として単量子素子が提案され、この素子は１０−１８Ｊ以下という極めて微量のエネルギーでスイッチング動作をすることが可能である。しかし単量子として単電子又は単一磁束量子を用いた論理素子においては、素子の冷却が必要になる。一方、単量子として光子を利用する論理素子は、そのような冷却の必要性がなく、また、光を電子に変換する必要性もなく光信号の入出力によって直接論理演算を行うことができるため、きわめて好ましいものと言える。
【０００４】
現在、光子を利用した光論理素子としては、フォトニックゲート（非特許文献１を参照）、及び、量子ドット近接場スイッチ（非特許文献２を参照）が報告されている。しかしながら、前者は酸化還元ゲートに基づいたものであるため、溶液中で動作させることが必要であり、単一分子単位で動作させることは極めて困難である。後者はその作製にあたって量子ドットのサイズ制御と量子ドット間の距離制御が困難であり、励起準位と相互作用を所望のデザイン通りに調整するのは難しい。また、いずれの文献にも、ゲート動作によるスイッチング動作のみが記載され、ＡＮＤ／ＯＲ論理出力についてはまったく記載されていない。
【非特許文献１】Ｒ．Ｗ．Ｗａｇｎｅｒ，Ｊ．Ｓ．Ｌｉｎｄｓｅｙ，Ｊ．Ｓｅｔｈ，Ｖ．Ｐａｌａｎｉａｐｐａｎ ａｎｄ Ｄ．Ｆ．Ｂｏｃｉａｎ，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１１８，３９９６（１９９６）
【非特許文献２】Ｔ．Ｋａｗａｚｏｃ，Ｋ．Ｋｏｂａｙａｓｈｉ，Ｓ．Ｓａｎｇｕ ａｎｄ Ｍ．Ｏｈｔｓｕ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．８２，２９５７（２００３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記現状に鑑み、光信号を電気信号に変換することなく、光信号の入出力によって直接論理演算を行うことが可能な論理素子であって、性能制御が容易であり、かつ単一分子単位での動作が可能な論理素子を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、特定量のエネルギーを吸収することによって基底状態から励起状態に遷移し、かつ、励起状態から基底状態に遷移する際に特定量のエネルギーを放出する分子を利用した論理素子において、そのような分子として、各々の励起エネルギー、及び、各々の失活エネルギーが異なる２種類の分子を採用し、かつ、その分子間においてエネルギー移動が一方向にのみ生起するようにすることによって、前記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち本発明は、基底状態から励起状態への遷移の際に吸収するエネルギーが異なり、かつ、励起状態から基底状態に遷移する際に放出するエネルギーが異なっている２種類の分子からなり、
第一分子が励起状態にあり第二分子が基底状態にある場合には、第一分子から第二分子にエネルギーが移動して第二分子を励起状態に遷移させるが、第二分子が励起状態にあり第一分子が基底状態にある場合には第二分子から第一分子にエネルギーは移動しないように構成されていることを特徴とする論理素子である。
【０００８】
本発明の好ましい態様においては、第一分子及び第二分子が、各々特定波長の光の吸収によって励起状態に遷移し、基底状態への遷移時に各々特定波長の光を放射するものである。
【０００９】
第一分子及び第二分子としては、蛍光性の有機化合物が好ましい。また、第一分子と第二分子とが、直接的に、又は、リンカーを介して結合されていることが好ましい。
【００１０】
本発明の論理素子は、第一分子が励起の際に吸収する特定波長の光、及び／又は、第二分子が励起の際に吸収する特定波長の光を入力し、第二分子が失活時に放射する特定波長の光を、ＯＲ演算結果として出力することができる。
【００１１】
また、本発明の論理素子は、第一分子が励起の際に吸収する特定波長の光、及び、第二分子が励起の際に吸収する特定波長の光を入力し、第一分子が失活時に放射する特定波長の光を、ＡＮＤ演算結果として出力することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の論理素子は、分子の励起及び失活に関わる性質を利用するものであるため、入力信号及び出力信号の双方に光信号を用いることができる。したがって、光信号の入出力のみによって直接論理演算を行うことが可能である。この際、入出力される信号線は各々、波長によって識別することができる。
【００１３】
本発明の論理素子は、２種類の分子の組合せである単一分子単位で動作させることが可能である。また、当該組合せを基板に結合すること等によって極小サイズの素子とすることができる。
【００１４】
本発明では論理素子を分子から構成するため、化学合成によって、分子の励起準位エネルギー、２分子間相互作用（エネルギー移動）等を精密に制御することができ、演算速度や適用場面等に応じて論理素子の性能を制御することが容易である。
【００１５】
本発明の論理素子は、実質的に４端子素子として動作することが可能なものであり、２種類の分子の組合せという単純な構成によって、ＯＲ演算処理及びＡＮＤ演算処理を同時に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明の具体的な実施態様を詳細に説明するが、本発明はこれら実施態様に限定されるものではない。
本発明の論理素子は、少なくとも２種類の分子を含むものである。以下では、これら２種類の分子をそれぞれ、第一分子、及び、第二分子とする。
【００１７】
本発明で用いる２種類の分子は、特定量のエネルギーを吸収することによって基底状態から励起状態に遷移（励起）し、かつ、特定量のエネルギーを外部に放出することによって励起状態から基底状態に遷移（失活）するものである。
【００１８】
本発明の論理素子は、分子が吸収する特定量のエネルギーの存在、及び、非存在を、入力値としての「１」及び「０」として利用し、さらに、分子が外部に放出する特定量のエネルギーの存在、及び、非存在を、出力値としての「１」及び「０」として利用するものである。
【００１９】
本発明で使用できる分子としては上記の性質を満足するものであれば特に限定されないが、例えば、ポルフィリン類；アクリフラビン等のフラビン類；フルオレセイン等のフルオレセイン類；ローダミン６Ｇ、ローダミンＢ等のローダミン類；ヨウ化３，３′−ジエチルトリカルボシアニン、クロロアルミニウムフタロシアニン等のシアニン類；アントラセン；クマリン６等のクマリン類；トリス（ビピリジン）ルテニウム錯体、トリス（ビピリジン）オスミウム錯体等のポリピリジン金属錯体類；Ｃ６０、Ｃ７０等のフラーレン類；カルコン等の蛍光性の有機化合物；蛍光性の無機化合物；ＣｕＣｌ、ＧａＮ、ＺｎＯ、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ、ＰｂＳ等の材料系からなる量子ドット等が挙げられる。なかでも、後述する２分子間のエネルギー移動の方向及び速度を制御するために、蛍光性の有機化合物を用いることが好ましい。なお、本発明における蛍光性の有機化合物には、有機化合物を配位子とする金属錯体も含める。
【００２０】
本発明では、第一分子と第二分子とのあいだで、基底状態から励起状態への遷移の際に吸収するエネルギー（励起エネルギー）量が相違するよう２種類の分子を選択して用いる。一般に分子が基底電子状態から励起電子状態に遷移する際には、励起エネルギーとして光を吸収する。その吸収される光の波長と、吸光量との関係は、例えば図２で示すような吸収スペクトルとして示される。本発明において「第一分子と第二分子とのあいだで励起エネルギーが異なる」とは、必ずしも吸収スペクトル全体において相違することを意味するのではなく、ある特定の波長において第一分子は吸光するが第二分子は実質的に吸光せず、別の波長においては第一分子は実質的に吸光しないが第二分子は吸光する、というような関係が存在することを意味する。これによって、第一分子のみを励起する光の波長と、第二分子のみを励起する光の波長とを区別することを可能にする。
【００２１】
さらに、第一分子と第二分子とのあいだで、励起状態から基底状態に遷移する際に放出するエネルギー（失活エネルギー）量も相違するように２種類の分子を選択して用いる。一般に分子が励起電子状態から基底電子状態に遷移する際には、光を放射することにより励起エネルギーを外部に放出する（放射失活）。本発明では、放射失活時に放出されるエネルギーを利用することが論理素子としての利用可能性の観点から好ましい。
【００２２】
放射失活には、蛍光とりん光の２つの機構があるが、りん光の場合には長時間その放射が持続することから、論理素子としての即答性の観点から、蛍光による放射失活を利用することが好ましい。
【００２３】
一般に分子が蛍光を放射することによって励起電子状態から基底電子状態に遷移する際には、その蛍光の波長と、その発光量との関係が、例えば図３で示すような蛍光スペクトルとして示される。本発明において「第一分子と第二分子とのあいだで失活エネルギーが異なる」とは、必ずしも蛍光スペクトル全体において相違することを意味するのではなく、第一分子はある特定の波長での蛍光を放射するが、第二分子はその波長での蛍光を実質的に放射せず、逆に、第二分子が放射する別の波長の蛍光については、第一分子が実質的に放射しない、というような関係が存在することを意味する。これによって、第一分子のみが放射する蛍光の波長と、第二分子のみが放射する蛍光の波長とを区別することを可能にする。
【００２４】
本発明において上記２点の関係を満足する２分子を選択するためには、各分子の励起エネルギーと失活エネルギーを比較検討すればよい。吸収光の波長と蛍光の波長を利用する場合には、図２及び図３で示しているように２分子の吸収スペクトル及び蛍光スペクトルをそれぞれ、重ね合わせることによって容易に判断可能である。
【００２５】
本発明で利用できる２分子の組合せとしては特に限定されないが、例えば、Ｚｎポルフィリンと遊離塩基ポルフィリンの組合せ、トリス（ビピリジン）ルテニウム錯体とトリス（ビピリジン）オスミウム錯体の組合せ、アントラセンとカルコンの組合せ、クマリン６とローダミン６Ｇの組合せ等が挙げられる。
【００２６】
本発明では、第一分子のみが吸収する特定量のエネルギー、及び、第二分子のみが吸収する特定量のエネルギーが、２種類の入力信号を構成し、第一分子のみが放出する特定量のエネルギー、及び、第二分子のみが放出する特定量のエネルギーが、２種類の出力信号を構成するので、本発明の論理素子は、実質的に、４端子素子として動作する。
【００２７】
本発明の最も好ましい態様では、分子によるエネルギーの吸収及び放出の双方が光子を介して行われるので、光信号を電気信号に変換する必要がなく、光信号の入出力のみによって直接論理演算を行うことができる。この場合、入出力される光信号は波長によって識別することができる。
【００２８】
本発明の論理素子は、上述した関係を満たす２分子を利用し、さらに、第一分子が励起状態にあり第二分子が基底状態にある場合には、第一分子から第二分子にエネルギーが移動して第二分子を励起状態に遷移させるが、第二分子が励起状態にあり第一分子が基底状態にある場合には第二分子から第一分子にエネルギーは移動しないように構成される。この構成によって、上記２分子からなる系が、入力される２種類のエネルギーの存在及び／又は非存在に応じて論理演算を行うことができる論理素子として機能するようになる。
【００２９】
本発明において「第一分子から第二分子にエネルギーが移動して第二分子を励起状態に遷移させる」とは、励起状態にある第一分子が失活エネルギーを外部に放出して失活する前に、その励起エネルギーが第二分子に移動することによって、第一分子が失活するとともに、第二分子がその移動エネルギーによって励起状態に遷移することをいう。ただし、このようなエネルギー移動は、第二分子が基底状態にある場合にのみ進行し、第二分子がすでに励起状態にある場合には両分子のあいだに移動に必要なエネルギー差が存在しないことになるので、進行しない。
【００３０】
また「第二分子から第一分子にエネルギーは移動しない」とは、第一分子を励起させるに足る量のエネルギーが、第二分子から第一分子に移動することは実質的にないことを意味する。すなわち、励起状態にある第二分子が失活するには、第二分子自体が失活エネルギーを外部に放出する必要があり、その励起エネルギーが第一分子に移動し第一分子を励起させることは実質的にない。
【００３１】
以下は図１を参照しつつ説明する。図１中の「基底１」、「基底２」、「励起１」及び「励起２」はそれぞれ、基底状態にある第一分子、基底状態にある第二分子、励起状態にある第一分子、及び、励起状態にある第二分子を示す。「入力１」、「入力２」、「出力１」及び「出力２」はそれぞれ、第一分子を励起させるエネルギーの入力、第二分子を励起させるエネルギーの入力、第一分子が外部に放射したエネルギーの出力、及び、第二分子が外部に放射したエネルギーの出力を示す。
【００３２】
図１のルートｂで示すとおり、第一分子を励起させるエネルギーのみが入力されると、第一分子が励起され、第二分子は基底状態に留まる。この場合、第一分子から第二分子にエネルギーが移動することによって、第一分子は失活して基底状態に遷移するとともに、第二分子が励起状態に遷移する。これによって、第一分子は失活エネルギーを外部に放出することはなく、逆に、エネルギー移動によって励起された第二分子が失活エネルギーを外部に放出する。
【００３３】
一方、ルートｃで示すとおり、第二分子を励起させるエネルギーのみが入力されると、第二分子が励起され、第一分子は基底状態に留まる。この場合にはエネルギー移動は起こらないので、この場合も第二分子が失活エネルギーを外部に放出する。
【００３４】
さらに、ルートａで示すとおり、第一分子を励起させるエネルギーと第二分子を励起させるエネルギーの双方が入力され、第一分子と第二分子の双方が励起された場合も、第二分子は失活エネルギーを放出する。
【００３５】
したがって、第一分子が励起の際に吸収する励起エネルギー（入力１）、及び、第二分子が励起の際に吸収する励起エネルギー（入力２）のいずれか一方、又は、双方を入力した場合には、第二分子による失活エネルギー（出力２）が出力される。すなわち、第二分子による失活エネルギー（出力２）は、上記２種類の励起エネルギー（入力１及び入力２）に対してＯＲ演算結果となる出力に相当する。
【００３６】
一方、本発明の論理素子において第一分子が失活エネルギーを外部に放出するのは、第一分子を励起させるエネルギーと第二分子を励起させるエネルギーの双方が入力され、第一分子と第二分子の双方が励起された場合のみである（ルートａ）。すなわち、第一分子が励起の際に吸収する励起エネルギー（入力１）、及び、第二分子が励起の際に吸収する励起エネルギー（入力２）の双方を入力した場合に、第一分子による失活エネルギー（出力１）が出力される。よって、第一分子による失活エネルギー（出力１）は、上記２種類の励起エネルギー（入力１及び入力２）に対してＡＮＤ演算結果となる出力に相当する。本発明の論理素子における入出力の対応関係を、以下の表１にまとめた。
【００３７】
【表１】
【００３８】
エネルギーの入出力を光で行う場合では、本発明の論理素子は、第一分子が励起の際に吸収する特定波長の光、及び／又は、第二分子が励起の際に吸収する特定波長の光を入力すると、第二分子が失活時に放射する特定波長の光を、ＯＲ演算結果として出力することになる。一方、第一分子が励起の際に吸収する特定波長の光、及び、第二分子が励起の際に吸収する特定波長の光を入力すると、第一分子が失活時に放射する特定波長の光を、ＡＮＤ演算結果として出力することになる。
【００３９】
２分子間のエネルギー移動の速度や効率は、第一分子と第二分子の相対角、距離、第一分子と第二分子をつなぐリンカー分子の種類により調整することができる。例えば、Ｚｎポルフィリンと遊離塩基ポルフィリンからなる分子アレイでは、文献（S. I. Yang et.al., J. Phys. Chem. 102, 9426-9436 (1998)）によれば、ｐ−フェニレンをリンカーとした場合には、エネルギー移動定数は（３．５ｐｓ）−１であり、ｐ，ｐ’−ジフェニルエチンをリンカーとした場合には、エネルギー移動定数は（２４ｐｓ）−１になる。
【００４０】
上記関係を満足させその状態を維持するには、第一分子と第二分子とが、直接的に、又は、リンカーを介して結合された状態にある分子構造体を利用することが好適である。ここでリンカーとは、第一分子と第二分子とのあいだに挿入されて両者を結合させる物質のことをいう。第一分子と第二分子が有機化合物である場合には、リンカーとしても有機物を用いることが好ましく、第一分子及び第二分子と、リンカーとが共有結合によって結合していることがより好ましい。
【００４１】
なおエネルギー移動の有無について知見を得るには、図３で示すように、第一分子単独、第二分子単独、及び、第一分子と第二分子からなる分子構造体それぞれについての吸収スペクトルと蛍光スペクトルを測定し、それを重ね合わせればよい。その詳細については後述する。
【００４２】
本発明の論理素子は、上記２分子の組合せを一単位として、分散媒である高分子化合物や、無機物等のなかに分散し、これを極小サイズに切り出したものでもよいし、基板上に一単位又は数単位ごとに結合させたものであってもよい。
【実施例】
【００４３】
以下では、本発明の論理素子を構成することのできる具体的な系として、中心金属として亜鉛を有するポルフィリン錯体（以下、Ｚｎポルフィリンという。上記の第一分子に相当）と、中心金属を持たない遊離塩基ポルフィリン（以下、Ｆｂポルフィリンという。上記の第二分子に相当）とを、リンカーとしてｐ，ｐ′−ジフェニルエチンを用いて結合させた次式の分子アレイを挙げて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。この分子アレイの合成方法はR. S. Loewe, R. K. Lammi, J. R. Diers, C. Irmaier, D. F. Bocian, D. Holten, and J. S. Lindsey, “Design and synthesis of light-harvesting rods for intrinsic rectification of the migration of excited-state energy and ground-state holes.” J. Mater. Chem., 12, 1530-1552 (2002)に記載の方法に準じた。
【００４４】
【化１】
【００４５】
Ｚｎポルフィリン単独、Ｆｂポルフィリン単独、及び、分子アレイそれぞれを含む１０μＭクロロホルム溶液について、種々の波長の光を照射してその吸光量を分光光度計（日立社、Ｕ−４０００）にて測定し、また、波長５５０ｎｍの光を照射した後に放射される蛍光の波長及びその発光量を蛍光分光光度計（日立社、Ｆ−４５００）にて測定した。その結果得られた吸収スペクトル及び蛍光スペクトルを、図２及び図３に示す。Ｚｎポルフィリン単独のスペクトルは実線で示し、Ｆｂポルフィリン単独のスペクトルは破線で示し、これら２分子からなる分子アレイのスペクトルは点線で示している。
【００４６】
図２に示した吸収スペクトルから、波長５６０ｎｍの光は実質的にＺｎポルフィリンのみが吸収し、波長６５０ｎｍの光は実質的にＦｂポルフィリンのみが吸収することが分かる。したがってＺｎポルフィリンは波長５６０ｎｍの光によって選択的に励起され（入力１）、Ｆｂポルフィリンは波長６５０ｎｍの光によって選択的に励起される（入力２）。
また図２より、波長５５０ｎｍの光はＺｎポルフィリンが主に吸収するが、Ｆｂポルフィリンのほうも吸収し得ることが分かる。
【００４７】
図３に示した蛍光スペクトルでは、波長６００ｎｍの蛍光はＺｎポルフィリンから放射されるがＦｂポルフィリンからは実質的に放射されない。したがって波長６００ｎｍの蛍光は、Ｚｎポルフィリンからの蛍光として識別できる（出力１）。一方、波長７２０ｎｍの蛍光はＦｂポルフィリンから放射されるがＺｎポルフィリンからは実質的に放射されないので、この蛍光は、Ｆｂポルフィリンからの蛍光として識別できる（出力２）。
【００４８】
さらに図３に示した蛍光スペクトルでは、ＺｎポルフィリンとＦｂポルフィリンを含む分子アレイの蛍光スペクトルは、Ｚｎポルフィリン単独の蛍光スペクトルとは大きく異なり、Ｆｂポルフィリン単独の蛍光スペクトルとほぼ同一の傾向を示している。分子アレイの蛍光スペクトルは、Ｚｎポルフィリン単独の場合の波長６００ｎｍの蛍光を含んでいない。これは、分子アレイ中のＺｎポルフィリンが励起された場合には、そのエネルギーはＦｂポルフィリンに移動し、Ｆｂポルフィリンのほうから外部に放出され、分子アレイ中のＦｂポルフィリンが励起された場合には、そのエネルギーは移動せず、同じくＦｂポルフィリンから外部に放出されるためである。
【００４９】
しかしながら、照射する波長５５０ｎｍの光の間隔を十分に短くした場合には、図３とは異なり、ＺｎポルフィリンとＦｂポルフィリンの双方から、蛍光が見られるようになる。これは、Ｆｂポルフィリンによるフォトンの吸収又はＺｎポルフィリンからのエネルギー移動によってＦｂポルフィリンが励起されたあと失活する以前に、次のフォトンが入射されＺｎポルフィリンも励起されることによって、両ポルフィリンがともに励起された状態になり、双方が失活エネルギーを放出するためである。
【００５０】
以上から、Ｚｎポルフィリンのみを励起する波長５６０ｎｍの光（入力１）、及び、Ｆｂポルフィリンのみを励起する波長６５０ｎｍの光（入力２）のいずれか一方、又は、双方を入力した場合には、Ｆｂポルフィリンが放射する波長７２０ｎｍの蛍光（出力２）が出力されることになろう。したがって、この出力光が、上記２つの入力光に対してＯＲ演算結果に相当する。
【００５１】
一方、Ｚｎポルフィリンのみを励起する波長５６０ｎｍの光（入力１）、及び、Ｆｂポルフィリンのみを励起する波長６５０ｎｍの光（入力２）の双方を入力した場合においては、Ｚｎポルフィリンが放射する波長６００ｎｍの蛍光（出力１）が出力されることになろう。したがって、この出力光が、上記２つの入力光に対してＡＮＤ演算結果に相当する。
【００５２】
以上から、上記の分子アレイが本発明の論理素子として使用できることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の論理素子における２分子の基底状態又は励起状態と、入出力の関係を説明する図
【図２】実施例で用いたＺｎポルフィリン単独（実線）、Ｆｂポルフィリン単独（破線）、及び、これら２分子からなる分子アレイ（点線）それぞれの吸収スペクトル
【図３】実施例で用いたＺｎポルフィリン単独（実線）、Ｆｂポルフィリン単独（破線）、及び、これら２分子からなる分子アレイ（点線）それぞれの蛍光スペクトル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基底状態から励起状態への遷移の際に吸収するエネルギーが異なり、かつ、励起状態から基底状態に遷移する際に放出するエネルギーが異なっている２種類の分子からなり、
第一分子が励起状態にあり第二分子が基底状態にある場合には、第一分子から第二分子にエネルギーが移動して第二分子を励起状態に遷移させるが、第二分子が励起状態にあり第一分子が基底状態にある場合には第二分子から第一分子にエネルギーは移動しないように構成されていることを特徴とする論理素子。
【請求項２】
第一分子及び第二分子が、各々特定波長の光の吸収によって励起状態に遷移し、基底状態への遷移時に各々特定波長の光を放射するものである請求項１記載の論理素子。
【請求項３】
第一分子及び第二分子が、蛍光性の有機化合物である請求項１又は２記載の論理素子。
【請求項４】
第一分子と第二分子とが、直接的に、又は、リンカーを介して結合されている請求項１〜３のいずれかに記載の論理素子。
【請求項５】
第一分子が励起の際に吸収する特定波長の光、及び／又は、第二分子が励起の際に吸収する特定波長の光を入力し、第二分子が失活時に放射する特定波長の光を、ＯＲ演算結果として出力する請求項１〜４のいずれかに記載の論理素子。
【請求項６】
第一分子が励起の際に吸収する特定波長の光、及び、第二分子が励起の際に吸収する特定波長の光を入力し、第一分子が失活時に放射する特定波長の光を、ＡＮＤ演算結果として出力する請求項１〜４のいずれかに記載の論理素子。
【請求項１】
基底状態から励起状態への遷移の際に吸収するエネルギーが異なり、かつ、励起状態から基底状態に遷移する際に放出するエネルギーが異なっている２種類の分子からなり、
第一分子が励起状態にあり第二分子が基底状態にある場合には、第一分子から第二分子にエネルギーが移動して第二分子を励起状態に遷移させるが、第二分子が励起状態にあり第一分子が基底状態にある場合には第二分子から第一分子にエネルギーは移動しないように構成されていることを特徴とする論理素子。
【請求項２】
第一分子及び第二分子が、各々特定波長の光の吸収によって励起状態に遷移し、基底状態への遷移時に各々特定波長の光を放射するものである請求項１記載の論理素子。
【請求項３】
第一分子及び第二分子が、蛍光性の有機化合物である請求項１又は２記載の論理素子。
【請求項４】
第一分子と第二分子とが、直接的に、又は、リンカーを介して結合されている請求項１〜３のいずれかに記載の論理素子。
【請求項５】
第一分子が励起の際に吸収する特定波長の光、及び／又は、第二分子が励起の際に吸収する特定波長の光を入力し、第二分子が失活時に放射する特定波長の光を、ＯＲ演算結果として出力する請求項１〜４のいずれかに記載の論理素子。
【請求項６】
第一分子が励起の際に吸収する特定波長の光、及び、第二分子が励起の際に吸収する特定波長の光を入力し、第一分子が失活時に放射する特定波長の光を、ＡＮＤ演算結果として出力する請求項１〜４のいずれかに記載の論理素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００８−１９７５２４（Ｐ２００８−１９７５２４Ａ）
【公開日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３４５９７（Ｐ２００７−３４５９７）
【出願日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【出願人】（３０１０２２４７１）独立行政法人情報通信研究機構 (1,071)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月２８日（２００８．８．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【出願人】（３０１０２２４７１）独立行政法人情報通信研究機構 (1,071)
【Ｆターム（参考）】
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