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JP3517850B2 - Information processing method - Google Patents
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JP3517850B2 - Information processing method - Google Patents

Information processing method

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JP3517850B2
JP3517850B2 JP27593194A JP27593194A JP3517850B2 JP 3517850 B2 JP3517850 B2 JP 3517850B2 JP 27593194 A JP27593194 A JP 27593194A JP 27593194 A JP27593194 A JP 27593194A JP 3517850 B2 JP3517850 B2 JP 3517850B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は情報処理方法に関し、特
に、有機分子のエネルギー準位間の電子的遷移を利用し
て論理演算を行える情報処理方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an information processing method, and more particularly to an information processing method capable of performing a logical operation by utilizing electronic transition between energy levels of organic molecules.

【0002】[0002]

【従来の技術】有機分子のサイズは10-1nm以下のオーダ
であるが、分子内に離散的なエネルギー準位を持ってい
るため、半導体デバイスにおいてエネルギーバンド構造
を得るためには 100〜101nm 以上のサイズが必要である
のと比べると、更に微小なデバイスを構築できる可能性
がある。
2. Description of the Related Art Although the size of organic molecules is on the order of 10 -1 nm or less, since they have discrete energy levels in the molecule, it is necessary to obtain an energy band structure of 10 0 ~ There is a possibility that even smaller devices can be constructed compared with the case where a size of 10 1 nm or more is required.

【0003】現在の半導体デバイスの速度限界はピコ秒
の領域にあるといわれており、これよりも高速なデバイ
スを実現するには、光と物質との相互作用を利用せざる
を得ない。これに対し、有機分子のバンドギャップは、
電子構造により、紫外から赤外領域の広い範囲に亘って
おり、また、分子が光を吸収することによる基底状態か
ら励起状態への電子遷移は非常に高速であり、フェムト
秒のオーダにあるといわれており、半導体デバイスの速
度限界を超えた新規なデバイス用材料として期待でき
る。
It is said that the speed limit of the current semiconductor device is in the picosecond range, and in order to realize a device higher in speed than this, the interaction between light and a substance must be used. On the other hand, the band gap of organic molecules is
Due to its electronic structure, it covers a wide range from the ultraviolet to the infrared region, and the electronic transition from the ground state to the excited state due to the absorption of light by the molecule is very fast, and is on the order of femtoseconds. It is said that it can be expected as a new device material that exceeds the speed limit of semiconductor devices.

【0004】これまで、分子論理素子として数々の物質
が提案されてきており、例えば、工業技術院「繊維高分
子研究所研究報告 141号(1984年)特集号」:分子メモ
リの調査研究や、日本電子工業振興協会「新電子材料調
査報告(1984年)」等の調査が行われてきた。
A number of materials have been proposed as molecular logic devices, for example, Institute of Industrial Science and Technology, "Research Report No. 141 (1984) Special Issue": Research and study of molecular memory, Studies such as "New Electronic Materials Survey Report (1984)" by Japan Electronics Industry Promotion Association have been conducted.

【0005】しかしながら、分子電子デバイス用の分子
材料として考案若しくは合成された分子の多くは、非常
に特別な分子構造をもつものであり、合成自体が非常に
困難であり、実用性を考慮したものとは言い難いのが実
情である。
However, many of the molecules that have been devised or synthesized as molecular materials for molecular electronic devices have a very special molecular structure, and the synthesis itself is very difficult, and the practicality is taken into consideration. It is hard to say that.

【0006】また、スイッチング速度を高速化する試み
は種々行われてきたが、これらは基底状態のポテンシャ
ルがダブルミニマム(2つの最小値)をもつこと、つま
り、なんらかの化学構造の変化を前提としている。
Various attempts have been made to increase the switching speed, but these are based on the assumption that the ground-state potential has a double minimum (two minimum values), that is, some change in chemical structure. .

【0007】[0007]

【課題が解決しようとする課題】本発明の目的は、超高
速にして容易かつ確実に論理演算を行える情報処理方法
を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an information processing method capable of performing logical operation easily and surely at ultra high speed.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】近年、ピコ秒又はフェム
ト秒のレーザ光源が実用化されるに至り、物質に照射さ
れる光パルス自体の時間幅或いは、パルス間の時間間隔
を、物質が光を吸収した結果起きる電子遷移によって生
じる励起一重項状態又は三重項状態の寿命よりも短くで
きるようになってきた。
In recent years, a picosecond or femtosecond laser light source has been put into practical use, and a substance emits light depending on the time width of the light pulse itself or the time interval between the pulses. Can be made shorter than the lifetime of the excited singlet state or triplet state caused by the electronic transition that occurs as a result of absorption of.

【0009】本発明者は、このような非常に短時間の時
間領域においては励起状態も準定常的状態として扱うこ
とができるため、そうした時間領域で高速の情報処理を
行えば、特殊な分子構造を考案しなくても過渡的状態の
エネルギー及び寿命を考慮することにより、超高速の情
報処理を容易かつ確実に行えることを見出し、本発明に
到達したものである。
The present inventor can treat the excited state as a quasi-stationary state in such a very short time domain, and therefore, if high-speed information processing is performed in such a time domain, a special molecular structure is obtained. The present invention has been accomplished by finding that ultra-high-speed information processing can be easily and surely performed by considering the energy and life of a transitional state without devising the invention.

【0010】即ち、本発明は、分子又は原子の基底状態
と少なくとも1つの励起状態とを用いて、エネルギー準
位間の電子的遷移を前記エネルギー準位間のエネルギ
ー差に対応する1つの波長の光とエネルギーの総和が
前記エネルギー準位間のエネルギー差に対応する複数の
波長の光(非線形効果を用いて、1つの電子的遷移を2
光子以上の過程で行うときの第1の波長光と第2の波長
光)とのいずれかの照射によって行い、演算の目的で行
う複数回の光照射時間と光照射間隔との総和を前記励起
状態の寿命よりも短くし(特に、この寿命の50%以下
とし)、かつ、これらの光照射によって誘起されるエネ
ルギー状態間の電子分布の変化を情報処理に用いる情報
処理方法に係るものである。
[0010] Namely, the present invention uses the ground state of the molecules or atoms and at least one excited state, the electron transitions between energy levels, one wavelength corresponding to the energy difference between the energy levels 2 and light, a plurality of wavelengths which the sum of the energy corresponding to the energy difference between the energy levels of light (using a non-linear effects, one electronic transitions
Photon is performed by irradiating either of the first wavelength light and the second wavelength light when performing in the process of photons or more, and the sum of a plurality of light irradiation times and light irradiation intervals performed for the purpose of calculation is the excitation. The present invention relates to an information processing method that is shorter than the life of a state (particularly, 50% or less of this life) and uses a change in electron distribution between energy states induced by these light irradiations for information processing. .

【0011】本発明の情報処理方法は、エネルギー準位
に分布する電子がパウリの排他律に従うことを基本的に
用いたものであり、その情報処理に使用可能な状態は例
えば次の〜にまとめられる。
The information processing method of the present invention basically uses that the electrons distributed in the energy level obey the Pauli exclusion rule. The states available for the information processing are summarized in the following To be

【0012】分子又は原子の基底状態と励起一重項状
Ground state and excited singlet state of a molecule or atom

【0013】分子又は原子の基底状態と直接光励起に
よって生じる最低三重項状態
The ground state of a molecule or atom and the lowest triplet state caused by direct photoexcitation

【0014】分子又は原子の基底状態と直接光励起に
よって生じる最低三重項状態と最低三重項状態からの光
励起によって生じる高い三重項状態とのうちから選ばれ
る少なくとも2つのエネルギー準位
At least two energy levels selected from the ground state of a molecule or atom, the lowest triplet state generated by direct photoexcitation, and the higher triplet state generated by photoexcitation from the lowest triplet state.

【0015】少なくとも2種類の異なる分子又は原子
の基底状態からの直接光励起若しくは増感によって生じ
る励起一重項状態又は最低三重項状態(これらをエネル
ギー準位として用いて、前記の異なる分子間又は原子間
に生じるエネルギー移動により生じる電子分布の変化を
情報処理に用いること)
Excited singlet state or lowest triplet state generated by direct photoexcitation or sensitization of at least two different kinds of molecules or atoms from the ground state (using these as energy levels, the different molecules or the above-mentioned atoms) Use the change in electron distribution caused by the energy transfer that occurs in information processing)

【0016】励起エネルギー準位の異なる少なくとも
2種類の分子又は原子が化学結合した分子において、基
底状態からの直接光励起若しくは増感により生じる励起
一重項状態又は最低三重項状態(これらをエネルギー準
位として用いて、異なる分子間又は原子間でのエネルギ
ー移動によって生じる電子分布の変化を情報処理に用い
ること)
In a molecule in which at least two kinds of molecules or atoms having different excitation energy levels are chemically bound, an excited singlet state or a lowest triplet state (which is referred to as an energy level as an energy level) generated by direct photoexcitation or sensitization from a ground state. And use the change in electron distribution caused by energy transfer between different molecules or atoms for information processing)

【0017】光励起により誘起される分子内若しくは
分子又は原子間の化学反応によって生じる新たな分子と
元の分子又は原子とのエネルギー準位(これらのエネル
ギー準位の変化を情報処理に用いること)
Energy levels between a new molecule and an original molecule or atom caused by a chemical reaction in a molecule or between molecules or atoms induced by photoexcitation (use the change of these energy levels for information processing)

【0018】上記のからに記載された各情報処理
方法を複数個組み合わせること
Combining a plurality of information processing methods described in above

【0019】これらの〜のうち、まず、最も単純な
場合であるについて、本発明の情報処理方法の原理を
説明すると次の如くである。
Of the above items, the principle of the information processing method of the present invention will be described below for the simplest case.

【0020】基底状態と励起一重項状態を用いる情報処
基底状態に分子が存在するときに、基底状態と励起一重
項状態とのエネルギー間隔(エネルギー差)に対応する
波長の光を照射すると、基底状態から励起一重項状態へ
の遷移が起きる。この場合、照射光に含まれる光子数が
分子数よりも多いときには、全ての分子が励起一重項状
態に遷移してしまう。
Information processing using ground state and excited singlet state
When the molecule is present in the sense ground state, is irradiated with light of a wavelength corresponding to the energy gap (energy difference) between the ground state and the excited singlet state, the transition occurs from the ground state to the excited singlet state. In this case, when the number of photons contained in the irradiation light is larger than the number of molecules, all the molecules transit to the excited singlet state.

【0021】光化学反応が起きず、また最低三重項状態
への系間交差が無い場合には、励起一重項状態からの内
部変換又は螢光放出等のエネルギー散逸過程の結果、基
底状態への電子分布が回復する。これらの過程は、光励
起後に直ちに起きるのではなく、ある遅延時間を経て起
きる。分子集合体では、励起状態に存在する分子数が光
励起直後から1/eに減少する時間が、「励起状態の寿
命」として定義されており、典型的な場合には励起一重
項状態の寿命は数ナノ秒から数十ナノ秒の範囲にある。
ここで、A=AO -kt (但し、AO は最初の濃度、A
は時間tでの濃度、kは速度定数)で表される式におい
てA/AO =1/eのときの時間t(=1/k)を寿命
とする。
When the photochemical reaction does not occur and there is no intersystem crossing to the lowest triplet state, electron conversion to the ground state occurs as a result of energy dissipation process such as internal conversion from excited singlet state or fluorescence emission. Distribution is restored. These processes do not occur immediately after photoexcitation, but after a certain delay time. In a molecular assembly, the time when the number of molecules existing in the excited state decreases to 1 / e immediately after photoexcitation is defined as “lifetime of excited state”. In a typical case, the lifetime of excited singlet state is It is in the range of several nanoseconds to tens of nanoseconds.
Where A = A O e -kt (where A O is the initial concentration, A
Is the concentration at time t, and k is the rate constant), and the time t (= 1 / k) is the life when A / A o = 1 / e.

【0022】最初の光照射により、基底状態に存在する
電子は光を吸収して励起一重項状態へ遷移する。電子が
励起一重項状態に存在する間に第2の光照射を行うと、
光は分子に吸収されることなく透過する。また、第2の
光照射の際に基底状態に電子が存在する場合には、分子
は光を吸収して励起一重項状態へ遷移し、この結果、透
過した光の強度はその光吸収に対応した量だけ減少す
る。
By the first irradiation of light, the electrons existing in the ground state absorb light and transition to the excited singlet state. When the second light irradiation is performed while the electron is in the excited singlet state,
Light passes through the molecule without being absorbed. When electrons are present in the ground state during the second light irradiation, the molecule absorbs light and transitions to the excited singlet state, and as a result, the intensity of the transmitted light corresponds to the light absorption. It decreases by the amount you did.

【0023】従って、例えば光照射が行われた場合を2
値情報の“1”、光照射が行われない場合を2値情報の
“0”に対応させ、また基底状態に電子が存在する場合
を2値情報の“1”、存在しない場合を“0”に対応さ
せることにより、情報処理を行うことが可能である。
Therefore, for example, when the light irradiation is performed,
The value information is "1", the case where light irradiation is not performed corresponds to the binary information "0", the case where electrons are present in the ground state is the binary information "1", and the case where no electrons are present is "0". It is possible to perform information processing by associating with ".

【0024】即ち、最初の光照射をA、第2番目の光照
射をBとすると、基底状態における電子の存在に関して
は、図1に示すようなマトリックス(真理値表:以下、
同様)が書ける。ここで、図1中のGは基底状態、S1
は励起一重項状態を示し(以下、同様)、情報処理の結
果は、第3番目のパルス光(後述のP)を照射して透過
した光の強度(光吸収の有無−吸収あり“1”、吸収な
し“0”:以下、同様)を測定することにより知ること
ができる。
That is, assuming that the first light irradiation is A and the second light irradiation is B, with respect to the existence of electrons in the ground state, a matrix (truth table:
The same can be written. Here, G in FIG. 1 is the ground state, and S 1
Indicates an excited singlet state (hereinafter the same), and the result of information processing is that the intensity of light transmitted by irradiating the third pulsed light (P described later) (presence or absence of light absorption-absorption “1”). , No absorption "0": The same applies hereinafter).

【0025】こうして、基底状態Gにおける本発明の情
報処理によって、論理式としてANOR Bが成立して
いること、即ち、NORゲートの論理が形成されること
が分かる。
Thus, it is understood that the information processing of the present invention in the ground state G establishes ANOR B as a logical expression, that is, the logic of the NOR gate is formed.

【0026】また、励起一重項状態S1 の電子の存在に
関しては、基底状態から励起一重項状態への電子遷移に
対応する波長の光照射の他に、励起一重項状態からの螢
光放出による発光測定によっても状態の検出が可能であ
る。この場合には、図1に示すように、螢光放出あり
“1”、螢光放出なし“0”で表す。
Regarding the existence of the electron in the excited singlet state S 1 , in addition to the light irradiation of the wavelength corresponding to the electronic transition from the ground state to the excited singlet state, it is caused by the fluorescence emission from the excited singlet state. It is also possible to detect the state by measuring luminescence. In this case, as shown in FIG. 1, it is represented by "1" with fluorescence emission and "0" without fluorescence emission.

【0027】励起一重項状態S1 における本発明の情報
処理によって、論理式としてA OR B即ち、ORゲ
ートの論理が形成されることが分かる。
It can be seen that the information processing of the present invention in the excited singlet state S 1 forms A OR B as the logical expression, that is, the logic of the OR gate.

【0028】以上、最も簡単な基底状態と励起一重項状
態を例にして、本発明の情報処理方法の基本原理を説明
したが、この情報処理に用いるエネルギー準位はこれに
限られず、以下に示す上記の以降の状態を用いること
が勿論可能であり、基底状態と励起一重項状態とを用い
た場合に成立するA NOR B又はA OR B及
びこれら以外の論理式を得ることが可能である。
The basic principle of the information processing method of the present invention has been described above by taking the simplest ground state and excited singlet state as an example. However, the energy level used for this information processing is not limited to this, and It is of course possible to use the subsequent states shown above, and it is possible to obtain A NOR B or A OR B and other logical expressions that are established when the ground state and the excited singlet state are used. .

【0029】基底状態と直接光励起による最低三重項状
態を用いる情報処理 基底状態と光励起によって生じる最低三重項状態を用い
る場合、分子に基底状態と励起一重項状態とのエネルギ
ー差に対応する波長の光を照射すると、励起一重項状態
への電子遷移が起きる。最低三重項状態への遷移確率が
存在する場合には、系間交差により最低三重項状態が生
成する。
Ground state and lowest triplet state due to direct photoexcitation
In the case of using the ground state and the lowest triplet state generated by photoexcitation, when the molecule is irradiated with light having a wavelength corresponding to the energy difference between the ground state and the excited singlet state, an electronic transition to the excited singlet state occurs. Occurs. When the transition probability to the lowest triplet state exists, the lowest triplet state is generated due to the intersystem crossing.

【0030】最低三重項状態は過渡的な状態であり、通
常、マイクロ秒からサブミリ秒の寿命であり、分子は最
低三重項状態から無輻射失活又は燐光放出により基底状
態に戻る。
The lowest triplet state is a transient state, usually with a microsecond to submillisecond lifetime, and the molecule returns from the lowest triplet state to the ground state by radiationless deactivation or phosphorescence emission.

【0031】基底状態と励起一重項状態とのエネルギー
差に相当する波長を用いて、最初の光照射をA、第2番
目の光照射をBとすると、基底状態における電子の存在
に関しては図2に示すようなマトリックスが書ける。
Assuming that the first light irradiation is A and the second light irradiation is B using a wavelength corresponding to the energy difference between the ground state and the excited singlet state, the existence of electrons in the ground state is shown in FIG. You can write a matrix as shown in.

【0032】基底状態Gの電子の存在に関してはA N
OR B、三重項状態Tの電子の存在に関してはA O
R Bの論理式が成り立つことが分かる。基底状態Gに
電子が存在するか否かは、第3番目の光照射を行った場
合の透過光強度の変化により知ることができる。
Regarding the existence of electrons in the ground state G, A N
OR B, A O for the existence of electrons in triplet state T
It can be seen that the logical formula of R B holds. Whether or not electrons exist in the ground state G can be known from the change in transmitted light intensity when the third light irradiation is performed.

【0033】即ち、基底状態Gに電子が存在しない場合
には、照射した光は分子に吸収されずに透過するが、基
底状態Gに電子があるときには、基底状態から励起一重
状態への電子遷移が起きるため、これに伴って、透過光
の強度変化が起きることにより検出できる。三重項状態
への電子分布は、最低三重項状態Tから後述の高い三重
項状態Tn への電子遷移に対応する三重項−三重項吸収
に対応する波長の光を照射することにより検出できる。
That is, when there is no electron in the ground state G, the irradiated light passes through the molecule without being absorbed, but when there is an electron in the ground state G, the electronic transition from the ground state to the excited singlet state. Occurs, and accompanying this, a change in the intensity of the transmitted light occurs, which allows detection. The electron distribution to the triplet state can be detected by irradiating light having a wavelength corresponding to triplet-triplet absorption corresponding to the electronic transition from the lowest triplet state T to the higher triplet state T n described later.

【0034】基底状態と高い三重項状態を用いる情報処
基底状態と段階的2段励起によって生じる高い三重項状
態とを用いた場合について述べる。分子に基底状態と励
起一重項状態とのエネルギー差に対応する波長の光を照
射すると、励起一重項状態への電子遷移が起きる。最低
三重項状態への遷移確率が存在する場合には、系間交差
により最低三重項状態が生成する。
Information processing using ground state and high triplet state
The case of using the ground state and the high triplet state generated by the stepwise two-stage excitation will be described. When a molecule is irradiated with light having a wavelength corresponding to the energy difference between the ground state and the excited singlet state, an electronic transition to the excited singlet state occurs. When the transition probability to the lowest triplet state exists, the lowest triplet state is generated due to the intersystem crossing.

【0035】最低三重項状態は過渡的な状態であり、通
常マイクロ秒からサブミリ秒の寿命であり、分子は最低
三重項状態から無輻射失活又は燐光放出により基底状態
に戻る。分子が最低三重項状態に存在する間に、最低三
重項状態と高い三重項状態とのエネルギー差に対応する
光を照射すると、高い三重項状態への電子遷移が起き
る。これに用いる適当な波長は、三重項−三重項吸収ス
ペクトルを測定することによって知ることができる。
The lowest triplet state is a transient state, usually with a microsecond to sub-millisecond lifetime, and the molecule returns from the lowest triplet state to the ground state by radiationless deactivation or phosphorescence emission. When the molecule is in the lowest triplet state, irradiation with light corresponding to the energy difference between the lowest triplet state and the higher triplet state causes an electronic transition to the higher triplet state. The appropriate wavelength used for this can be known by measuring the triplet-triplet absorption spectrum.

【0036】第1番目の光として、基底状態と励起一重
項状態とのエネルギー差に相当する波長の光を用い、第
2番目の光として、最低三重項状態と高い三重項状態と
のエネルギー差に相当する波長の光を用いる。光照射が
行われた場合を2値情報の“1”、光照射が行われない
場合を2値情報の“0”に対応させ、あるエネルギー状
態に電子が存在する場合を2値情報の“1”、存在しな
い場合を“0”に対応させることにより、情報処理を行
うことが可能である。
Light having a wavelength corresponding to the energy difference between the ground state and the excited singlet state is used as the first light, and the energy difference between the lowest triplet state and the high triplet state is used as the second light. Light having a wavelength corresponding to is used. The binary information “1” corresponds to the case where light irradiation is performed, the binary information “0” corresponds to the case where light irradiation is not performed, and the binary information “0” corresponds to the case where an electron exists in a certain energy state. It is possible to perform information processing by associating "1" with "0" when there is no such information.

【0037】第1番目の光照射をA、第2番目の光照射
をBとすると、図3に示すように、高い三重項状態Tn
の電子の存在に関しては、A AND B、基底状態G
の電子の存在に関してはNOT Aの論理が成立するこ
とがわかる。
Assuming that the first light irradiation is A and the second light irradiation is B, a high triplet state T n is obtained as shown in FIG.
Regarding the existence of electrons, A AND B, ground state G
It can be seen that the NOT A logic holds for the existence of electrons.

【0038】即ち、基底状態Gに電子が存在しない場合
には、照射した光は分子に吸収されずに透過するが、基
底状態Gに電子があるときには、基底状態Gから励起一
重項状態S1 への電子遷移が起きるため、これに伴っ
て、透過光の強度変化が起きることにより検出できる。
三重項状態への電子分布は、最低三重項状態T1 から高
い三重項状態Tn への電子遷移に対応する三重項−三重
項吸収に対応する波長の光を照射することにより検出で
きる。
That is, when there is no electron in the ground state G, the irradiated light passes through the molecule without being absorbed, but when there is an electron in the ground state G, the excited singlet state S 1 from the ground state G Since the electron transition to the occurs, the intensity of the transmitted light changes accordingly, which enables detection.
The electron distribution to the triplet state can be detected by irradiating light with a wavelength corresponding to triplet-triplet absorption corresponding to the electronic transition from the lowest triplet state T 1 to the higher triplet state T n .

【0039】直接光励起又は増感によって生じる異なる
エネルギー準位を用いる情報処理又は 直接光励起又は増感によりそれぞれ生じたエネルギーの
異なる2つの準位間での情報処理について述べる。図4
に示すように、エネルギー移動は高いエネルギー準位か
ら低いエネルギー準位へ起き、逆方向のエネルギー移動
は起きない。
Different caused by direct photoexcitation or sensitization
Information processing using energy levels or information processing between two levels with different energies generated by direct photoexcitation or sensitization is described. Figure 4
As shown in, the energy transfer occurs from the high energy level to the low energy level, and the reverse energy transfer does not occur.

【0040】励起状態のエネルギー準位の低い方の分子
をM1、エネルギー準位の高い方の分子をM2として、
基底状態をG、励起状態をEで表す。M1の基底状態と
励起状態とのエネルギー差に相当する波長の光照射を
A、M2の基底状態と励起状態とのエネルギー差に相当
する波長の光照射をBとする。
Let M1 be the molecule with the lower energy level in the excited state and M2 be the molecule with the higher energy level.
The ground state is represented by G, and the excited state is represented by E. The light irradiation having a wavelength corresponding to the energy difference between the ground state and the excited state of M1 is A, and the light irradiation having a wavelength corresponding to the energy difference between the ground state and the excited state of M2 is B.

【0041】光照射が行われた場合を2値情報の
“1”、行われない場合を“0”に対応させ、A、Bの
光照射を行った後に、M1G、M1E、M2G、M2E
の状態に電子が存在する場合を2値情報の“1”、存在
しない場合を“0”に対応させると、図4に示すよう
に、M1GについてはA NOR B、M1Eについて
はAOR B、M2GについてはA NAND B、M
2EについてはA ANDBが成立することが分かる。
When the light irradiation is performed, the binary information is set to "1", and when the light irradiation is not performed, it is set to "0". After the light irradiation of A and B is performed, M1G, M1E, M2G and M2E are performed.
If there is an electron in the state of "1", the binary information is "1", and if there is no electron, it is "0". As shown in FIG. 4, M1G is A NOR B, M1E is AOR B, M2G. About A NAND B, M
It can be seen that A ANDB holds for 2E.

【0042】以上に述べたいくつかの例から明らかなよ
うに、本発明の情報処理方法によれば、分子の過渡的状
態を利用することによって、AND、NAND、OR、
NOR、NOT等の論理回路を構成することが可能であ
る。
As is clear from some of the examples described above, according to the information processing method of the present invention, by utilizing the transient state of the molecule, AND, NAND, OR,
It is possible to configure a logic circuit such as NOR or NOT.

【0043】従って、これらの論理回路を組み合わせ
て、更に複雑な回路を組み立てていくことが可能であ
る。更に、化学反応を起こす系を組み合わせることによ
り、論理処理の結果を保存することも可能である。但
し、これまでの例でも述べたように、1個の分子内の電
子状態を利用する場合には、第1番目の光照射、第2番
目の光照射、第3番目の光照射を時間的に間隔をおいて
照射する必要がある。
Therefore, it is possible to assemble more complicated circuits by combining these logic circuits. Furthermore, it is also possible to save the result of logical processing by combining systems that cause a chemical reaction. However, as described in the previous examples, when the electronic state in one molecule is used, the first light irradiation, the second light irradiation, and the third light irradiation are temporally changed. It is necessary to irradiate at intervals.

【0044】本発明の情報処理においては、基本的に分
子レベルの動作が可能であるが、信号検出感度又は動作
の信頼性を向上させるために、1つの論理を担う分子を
複数個使用しても差支えないことは勿論である。
In the information processing of the present invention, basically, the operation at the molecular level is possible, but in order to improve the signal detection sensitivity or the reliability of the operation, a plurality of molecules having one logic are used. Of course, it doesn't matter.

【0045】[0045]

【実施例】以下、本発明を具体的な実施例によって更に
詳しく説明する。
EXAMPLES The present invention will now be described in more detail with reference to specific examples.

【0046】<実施例1>本実施例は、基底状態と励起
一重項状態を用いる例である。
<Embodiment 1> This embodiment is an example using a ground state and an excited singlet state.

【0047】図5に示す測定装置において、Nd:YA
Gレーザ1(パルス幅10ピコ秒)の第3次高調波(353n
m)光2を半透過鏡3、4、5により3つに分割した
後、光学的遅延装置6、7、8を用いて20ピコ秒間隔で
3個のパルス光が試料9に照射されるように調整した。
光検出にはストリークカメラ10を用い、光検出器11で検
出された1番目のパルス光によってトリガをかけた。測
定データは、制御/データ処理装置12によって処理し
た。
In the measuring device shown in FIG. 5, Nd: YA
G laser 1 (pulse width 10 picoseconds) third harmonic (353n
m) After splitting the light 2 into three by the semi-transmissive mirrors 3, 4, 5, the sample 9 is irradiated with three pulsed lights at intervals of 20 picoseconds using the optical delay devices 6, 7, 8. Was adjusted.
A streak camera 10 was used for light detection, and a trigger was applied by the first pulsed light detected by the photodetector 11. The measurement data was processed by the control / data processor 12.

【0048】試料9は、9,10−ジフェニルアントラセ
ンの脱気シクロヘキサン溶液を光学セルに入れたものを
用いた。9,10−ジフェニルアントラセンは螢光量子収
率が殆ど1であることが知られており(R. F. Chen, J.
Res. Natl. Bur. Stand., Sect. A, 76(1972 )593)、
また螢光寿命は 7.6ナノ秒と報告されている(T. M.Vem
ber. L. A. Kiyanskaya and A. S. Cherkasov, J. Gen.
Chem. USSR,33(1963)2281)。
Sample 9 was prepared by placing a degassed cyclohexane solution of 9,10-diphenylanthracene in an optical cell. It is known that the fluorescence quantum yield of 9,10-diphenylanthracene is almost 1 (RF Chen, J.
Res. Natl. Bur. Stand., Sect. A, 76 (1972) 593),
The fluorescence lifetime is reported to be 7.6 nanoseconds (TMVem
ber. LA Kiyanskaya and AS Cherkasov, J. Gen.
Chem. USSR, 33 (1963) 2281).

【0049】勿論、9,10−ジフェニルアントラセンの
螢光寿命は、適当な失活剤を加えることによって、パル
ス光のサイクルに適合するように、これよりも長く調整
できることは言うまでもない。この分子は、基底状態と
励起一重項状態の2つのエネルギー状態だけを考えれば
よく、本発明の効果を示すのに適当な物質である。
Of course, it will be appreciated that the fluorescence lifetime of 9,10-diphenylanthracene can be adjusted longer to suit the pulsed light cycle by adding a suitable quenching agent. This molecule only needs to consider two energy states, a ground state and an excited singlet state, and is a substance suitable for showing the effect of the present invention.

【0050】この実施例では、第1番目、第2番目のパ
ルス光を照射した場合と照射しない場合との4通りの組
み合わせについて、試料を透過した光を測定した。
In this example, the light transmitted through the sample was measured for four combinations of the cases where the first and second pulsed lights were irradiated and the cases where they were not irradiated.

【0051】結果を図6に示す。これによれば、第1番
目の光照射A又は第2番目の光照射Bにより、分子が励
起一重項状態S1 に電子遷移した後、この励起一重項状
態にある間は、第3番目のパルス光Pは分子に吸収され
ずに透過した。
The results are shown in FIG. According to this, after the molecule undergoes an electronic transition to the excited singlet state S 1 by the first light irradiation A or the second light irradiation B, while the molecule is in the excited singlet state, the third light irradiation A The pulsed light P passed through the molecule without being absorbed.

【0052】この結果、第1番目のパルス光照射をA、
2番目のパルス光照射をBとして、光が照射されたとき
を2値情報の“1”、照射されない場合を2値情報の
“0”に対応させ、分子が基底状態Gにあるときを2値
情報の“1”、基底状態Gにはなく励起一重項状態S1
にある場合を2値情報の“0”に対応させると、基底状
態Gにおける電子の存在はA NOR Bの論理式にな
っていることが分かる。
As a result, the first pulsed light irradiation is A,
When the second pulsed light irradiation is B, the light irradiation is made to correspond to the binary information “1”, the non-irradiation is made to correspond to the binary information “0”, and the molecule is in the ground state G to be 2 "1" of the value information, not the ground state G but the excited singlet state S 1
When the case of 1 is associated with “0” of the binary information, it can be seen that the existence of electrons in the ground state G is a logical formula of A NOR B.

【0053】ところが、9,10−ジフェニルアントラセ
ンの螢光寿命(ナノ秒オーダ)よりもパルスの間隔を長
くして光照射を行った場合には、分子は励起状態から基
底状態に失活して戻っており、論理演算はできなかっ
た。
However, when light irradiation is performed with a pulse interval longer than the fluorescence lifetime (nanosecond order) of 9,10-diphenylanthracene, the molecule is deactivated from the excited state to the ground state. I was back and couldn't do logical operations.

【0054】9,10−ジフェニルアントラセン以外に
も、三重項状態への系間交差の量子収率が 0.4よりも低
い、望ましくは 0.2よりも低い分子であれば、本実施例
で述べたと同様の論理演算を使用することができる。
In addition to 9,10-diphenylanthracene, any molecule having a quantum yield of intersystem crossing to the triplet state lower than 0.4, preferably lower than 0.2 is similar to that described in this example. Logical operations can be used.

【0055】このような分子の例としては、9,10−ジ
メチルアントラセン、ペリレン、p−クォターフェニ
ル、p−ターフェニル、フルオレセイン、ローダミン、
クマリン、N−(7−ジメチルアミノ−4−メチルクマ
リニル)マレイミド等が挙げられるが、勿論これらに限
定されるものではない。
Examples of such molecules include 9,10-dimethylanthracene, perylene, p-quarterphenyl, p-terphenyl, fluorescein, rhodamine,
Examples thereof include coumarin and N- (7-dimethylamino-4-methylcoumarinyl) maleimide, but the present invention is not limited thereto.

【0056】また、溶液ばかりではなく、上記の各化合
物をポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリア
クリルアミド、ポリビニルアセテート、ポリビニルアル
コール、ポリビニルブチラール等の高分子中に分散した
材料系、或いは、シクロデキストリン、クラウンエーテ
ル等に包接した材料系、更には、上記の各化合物に炭素
数が3以上のアルキル基を導入してラングミュア・ブロ
ジェット膜中に存在させた材料系等においても、同様の
効果が得られる。
Not only a solution but also a material system in which each of the above compounds is dispersed in a polymer such as polymethylmethacrylate, polystyrene, polyacrylamide, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, or cyclodextrin, crown ether The same effect can be obtained also in a material system clathrated in etc., and further in a material system in which an alkyl group having 3 or more carbon atoms is introduced into each of the above compounds and allowed to exist in the Langmuir-Blodgett film. .

【0057】<実施例2>本実施例は、基底状態と最低
三重項状態を用いる例である。
<Embodiment 2> This embodiment is an example in which the ground state and the lowest triplet state are used.

【0058】レーザ光源は実施例1と同じものを用い
た。但し、レーザ波長は、基底状態を検出する場合には
4倍波(266nm)を用いた。4倍波を使用しなくとも、2
倍波(532nm)を用いて、試料上で2つの光ビームの位置
を重ね合わせて、2光子吸収により4倍波と同じ効果が
得られるのは勿論である。 266nmの波長は基底状態から
のππ* 遷移に対応している。
The same laser light source as in Example 1 was used. However, as the laser wavelength, a fourth harmonic (266 nm) was used when detecting the ground state. 2 without using the 4th harmonic
It is needless to say that the position of two light beams is superposed on the sample by using the harmonic wave (532 nm), and the same effect as that of the fourth harmonic wave is obtained by the two-photon absorption. The wavelength of 266 nm corresponds to the ππ * transition from the ground state.

【0059】試料は、ベンゾフェノンの脱気エタノール
溶液を用いた。ベンゾフェノンの三重項量子収率は1で
あることが知られている(K. Sandros, Acta Chem. Sca
nd.,23 (1969) 2815) 。ベンゾフェノンの三重項−三重
項吸収は 530nm付近に吸収極大をもつため、これを検出
する場合には、Nd:YAGレーザの3倍波(353nm)で
レーザ色素としてクマリン6を用いた色素レーザから出
力される 530nmのパルス光を使用した。最低三重項状態
の寿命はエタノール中では約 100ナノ秒である。
A degassed ethanol solution of benzophenone was used as a sample. It is known that the triplet quantum yield of benzophenone is 1 (K. Sandros, Acta Chem. Sca.
nd., 23 (1969) 2815). The triplet-triplet absorption of benzophenone has an absorption maximum at around 530 nm, so to detect this, output from a dye laser using coumarin 6 as the laser dye at the third harmonic (353 nm) of the Nd: YAG laser. 530nm pulsed light was used. The lifetime of the lowest triplet state is about 100 nanoseconds in ethanol.

【0060】実施例1と同様に、第1番目、第2番目の
パルス光を照射した場合と照射しない場合との4通りの
組み合わせについて、試料を透過した光を測定した。第
1番目の光照射A又は第2番目の光照射Bにより、分子
が励起一重項状態S1 に電子遷移し、次いで系間交差に
より最低三重項状態Tに移る。この最低三重項状態にあ
る間は、第3番目のパルス光Pは分子に吸収されずに透
過した。
As in Example 1, the light transmitted through the sample was measured for four combinations of the cases where the first and second pulsed lights were irradiated and the cases where they were not irradiated. By the first light irradiation A or the second light irradiation B, the molecule electronically transits to the excited singlet state S 1 , and then moves to the lowest triplet state T by intersystem crossing. While in the lowest triplet state, the third pulsed light P was transmitted without being absorbed by the molecule.

【0061】この結果、第1番目のパルス光照射をA、
2番目のパルス光照射をBとして、光が照射されたとき
を2値情報の“1”、照射されない場合を2値情報の
“0”に対応させ、分子が基底状態Gにあるときを2値
情報の“1”、基底状態Gにはなく励起一重項状態S1
にある場合を2値情報の“0”に対応させると、基底状
態Gにおける電子の存在はA NOR Bの論理式にな
っていることが分かる。
As a result, the first pulsed light irradiation is A,
When the second pulsed light irradiation is B, the light irradiation is made to correspond to the binary information “1”, the non-irradiation is made to correspond to the binary information “0”, and the molecule is in the ground state G to be 2 "1" of the value information, not the ground state G but the excited singlet state S 1
When the case of 1 is associated with “0” of the binary information, it can be seen that the existence of electrons in the ground state G is a logical formula of A NOR B.

【0062】本実施例の試料と同様の目的に使用できる
分子としては、三重項生成の量子収率が 0.6以上、望ま
しくは 0.7以上と高い分子であればよい。
As a molecule which can be used for the same purpose as the sample of this example, a molecule having a high quantum yield of triplet formation of 0.6 or more, preferably 0.7 or more may be used.

【0063】こうした分子としては、ベンゾフェノンの
他に、例えばアセトン、アセトフェノン、キサントン、
7,8−ベンゾキノリン、アントラセン、4−フェニル
ベンゾフェノン、4,4’−ビス(N,N−ジメチルア
ミノ)ベンゾフェノン、ビフェニル、ナフタレン、フェ
ナントレン、トリフェニレン、9−ブロモアントラセ
ン、9,10−ジブロモアントラセン、アクリジン、9−
フェニルアクリジン、9(10H)アクリドン、アクリジ
ンオレンジ、エオシン、エリスロシンB、メチレンブル
ー等が挙げられるが、勿論これらに限定されるものでは
ない。
Examples of such molecules include benzophenone, acetone, acetophenone, xanthone,
7,8-benzoquinoline, anthracene, 4-phenylbenzophenone, 4,4'-bis (N, N-dimethylamino) benzophenone, biphenyl, naphthalene, phenanthrene, triphenylene, 9-bromoanthracene, 9,10-dibromoanthracene, Acridine, 9-
Examples thereof include phenylacridine, 9 (10H) acridone, acridine orange, eosin, erythrosin B, methylene blue and the like, but are not limited thereto.

【0064】また、溶液ばかりではなく、上記の各化合
物をポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリア
クリルアミド、ポリビニルアセテート、ポリビニルアル
コール、ポリビニルブチラール等の高分子中に分散した
材料系、或いはシクロデキストリン、クラウンエーテル
等に包接した材料系、或いは、上記の化合物に炭素数が
3以上のアルキル基を導入してラングミュア・ブロジェ
ット膜中に存在させた材料系等においても、同様の効果
が得られる。
Not only a solution but also a material system in which each of the above compounds is dispersed in a polymer such as polymethylmethacrylate, polystyrene, polyacrylamide, polyvinylacetate, polyvinylalcohol, polyvinylbutyral, or cyclodextrin, crown ether, etc. The same effect can be obtained in the material system clathrated by the above, or in the material system in which an alkyl group having 3 or more carbon atoms is introduced into the Langmuir-Blodgett film and introduced into the Langmuir-Blodgett film.

【0065】<実施例3>本実施例は、基底状態と高い
三重項状態を用いる例である。
<Embodiment 3> This embodiment is an example using a ground state and a high triplet state.

【0066】試料としては、亜鉛テトラフェニルポルフ
ィンをポリメチルメタクリレート中に分散したものを使
用した。基底状態から励起一重項状態の電子遷移に対応
する波長は 590nm、最低三重項状態から高い三重項状態
への電子的遷移に対応する三重項−三重項吸収スペクト
ルは、 460nm付近に吸収極大をもつ。三重項量子収率は
0.88と報告されている。最低三重項状態の寿命は約2ミ
リ秒である。
A sample prepared by dispersing zinc tetraphenylporphine in polymethylmethacrylate was used. The wavelength corresponding to the electronic transition from the ground state to the excited singlet state is 590 nm, and the triplet-triplet absorption spectrum corresponding to the electronic transition from the lowest triplet state to the higher triplet state has an absorption maximum near 460 nm. . Triplet quantum yield is
It is reported to be 0.88. The lifetime of the lowest triplet state is about 2 milliseconds.

【0067】レーザ光源はNd:YAGレーザ(パルス
幅10ピコ秒)の第3次高調波(355nm)光を2つに半透過
鏡で分割した後、一方をクマリン466、他方をローダ
ミン6Gを用いた色素レーザの光学的ポンピングに用い
た。それぞれの出力光は半透過鏡により2分割した後、
光学的遅延装置に導入した。
As the laser light source, the third harmonic (355 nm) light of the Nd: YAG laser (pulse width 10 picoseconds) was split into two by a semi-transmissive mirror, and one of them was coumarin 466 and the other was Rhodamine 6G. It was used for optical pumping of a dye laser. After splitting each output light into two with a semi-transparent mirror,
Introduced into an optical delay device.

【0068】実施例1と同様に、光学的遅延装置の出力
光のうちの3つを測定に用いた。即ち、基底状態から励
起一重項状態への電子的遷移に用いる 590nmの光、最低
三重項状態から高い三重項状態への電子的遷移に用いる
460nmの光をパルス間の時間間隔が30ピコ秒となるよう
に調整した。更に、プローブ光としては、30ピコ秒の遅
延時間後に、基底状態の電子の存在を検出するためには
590nmの光を用い、また、最低三重項状態の電子の存在
を検出するためには 465nmの光を用いた。
As in Example 1, three of the output lights of the optical delay device were used for the measurement. That is, 590 nm light used for electronic transition from ground state to excited singlet state, used for electronic transition from lowest triplet state to higher triplet state
Light at 460 nm was adjusted so that the time interval between pulses was 30 picoseconds. Furthermore, as the probe light, in order to detect the presence of electrons in the ground state after a delay time of 30 picoseconds,
Light at 590 nm was used, and light at 465 nm was used to detect the presence of electrons in the lowest triplet state.

【0069】試料透過光の検出にはストリークカメラを
使用して、そのトリガはNd:YAGレーザからの1番
目のパルス光で行った。
A streak camera was used to detect the sample transmitted light, and the trigger was performed by the first pulsed light from the Nd: YAG laser.

【0070】最初の 590nmのパルス光照射をA、2番目
の 460nmのパルス光照射をBとして、光が照射されたと
きを2値情報の“1”、照射されない場合を2値情報の
“0”に対応させ、分子が基底状態Gにあるときを2値
情報の“1”、基底状態Gにはなく励起一重項状態S1
にある場合を2値情報の“0”に対応させる。第3番目
の光照射Pの試料透過後の強度変化を測定した。
The first 590 nm pulsed light irradiation is A, the second 460 nm pulsed light irradiation is B, and when the light is irradiated, the binary information is "1", and when the light is not irradiated, the binary information is "0". "1" of the binary information when the molecule is in the ground state G, not the ground state G, but the excited singlet state S 1
The case "1" corresponds to the binary information "0". The intensity change of the third light irradiation P after passing through the sample was measured.

【0071】基底状態Gにおける電子の存在はNOT
Aに従い、また、最低三重項状態T1 における電子の存
在はAと同じであることが分かった。
The existence of electrons in the ground state G is NOT
According to A, the presence of electrons in the lowest triplet state T 1 was found to be the same as A.

【0072】本実施例の試料と同様の目的に使用できる
分子材料としては、上記の分子はあくまでも1例であ
り、基底状態から励起一重項状態への電子的遷移に対応
する吸収スペクトルと、最低三重項状態から高い三重項
状態への電子的遷移に対応する吸収スペクトルとが波長
次元で分離でき、かつ三重項量子収率が 0.6以上、望ま
しくは 0.8以上ある分子ならば使用することができる。
As the molecular material that can be used for the same purpose as the sample of this example, the above-mentioned molecule is just an example, and the absorption spectrum corresponding to the electronic transition from the ground state to the excited singlet state and the minimum A molecule which can be separated from the absorption spectrum corresponding to an electronic transition from a triplet state to a higher triplet state in the wavelength dimension and has a triplet quantum yield of 0.6 or more, preferably 0.8 or more can be used.

【0073】こうした分子としては、例えば、実施例2
で例として挙げたベンゾフェノン、キサントン、アセト
フェノン、7,8−ベンゾキノリン、アントラセン、4
−フェニルベンソフェノン、4,4’−ビス(N,N−
ジメチルアミノ)ベンゾフェノン、ビフェニル、ナフタ
レン、フェナントレン、トリフェニレン、9−ブロモア
ントラセン、9,10−ジブロモアントラセン、アクリジ
ン、9−フェニルアクリジン、9(10H)アクリドン、
アクリジンオレンジ、エオシン、エリスロシンB、メチ
レンブルー等が挙げられるが、勿論これらに限定される
ものではない。
As such a molecule, for example, Example 2 is used.
Examples of benzophenone, xanthone, acetophenone, 7,8-benzoquinoline, anthracene, 4
-Phenylbenzophenone, 4,4'-bis (N, N-
Dimethylamino) benzophenone, biphenyl, naphthalene, phenanthrene, triphenylene, 9-bromoanthracene, 9,10-dibromoanthracene, acridine, 9-phenylacridine, 9 (10H) acridone,
Examples thereof include acridine orange, eosin, erythrosin B, methylene blue and the like, but are not limited thereto.

【0074】また、ポリメチルメタクリレート以外に、
上記の各化合物をポリスチレン、ポリアクリルアミド、
ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール、ポリビ
ニルブチラール等の高分子中に分散した材料系や、溶液
系、シクロデキストリン、クラウンエーテル等に包接し
た材料系、或いは、上記の各化合物に炭素数が3以上の
アルキル基を導入してラングミュア・ブロジェット膜中
に存在させた材料系等においても、同様の効果が得られ
る。
In addition to polymethylmethacrylate,
Polystyrene, polyacrylamide,
Material systems dispersed in polymers such as polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, etc., solution systems, material systems clathrated in cyclodextrin, crown ether, etc., or alkyls with 3 or more carbon atoms in each of the above compounds. The same effect can be obtained also in a material system in which a group is introduced and allowed to exist in the Langmuir-Blodgett film.

【0075】<実施例4>この実施例は、分子間のエネ
ルギー移動を用いる例である。
<Embodiment 4> This embodiment is an example using energy transfer between molecules.

【0076】エネルギー移動で励起一重項状態が関与す
る場合は双極子−双極子相互作用が関係するフェルスタ
型の機構が知られている。エネルギーを与える分子の発
光スペクトルが、エネルギーを受け取る分子の吸収スペ
クトルと重なっていることが必要である。エネルギーの
移動は準位の高い方から低い方へ起こり、この逆過程は
起きない。
When the excited singlet state is involved in energy transfer, a Forster-type mechanism involving dipole-dipole interaction is known. It is necessary that the emission spectrum of the molecule that gives energy overlaps with the absorption spectrum of the molecule that receives energy. Energy transfer occurs from higher level to lower level, and this reverse process does not occur.

【0077】エネルギーを与える分子としては、螢光量
子収率が高く、レーザ用色素として使用されているロー
ダミン6Gとシアニン系色素のヨウ化3,3’−ジエチ
ルオキサジカルボシアニンを使用した。この場合には、
ローダミン6Gがエネルギー供与体、シアニン色素がエ
ネルギー受容体として働く。両方の色素をポリメチルメ
タクリレート中に分散したものを試料として用いた。
Rhodamine 6G, which has a high fluorescence quantum yield and is used as a dye for laser, and 3,3′-diethyloxadicarbocyanine iodide, which is a cyanine dye, are used as the molecules that give energy. In this case,
Rhodamine 6G acts as an energy donor and the cyanine dye acts as an energy acceptor. Both dyes dispersed in polymethylmethacrylate were used as samples.

【0078】Nd:YAGレーザの第2高調波(532nm、
パルス幅10ピコ秒)を照射すると、シアニン色素は光を
殆ど吸収せずに、ローダミン6Gだけが励起される。シ
アニン色素の発光波長領域(590〜600nm)に発光が観測さ
れ、ローダミン6Gからシアニン色素へのエネルギー移
動が起きていることが確かめられた。
Second harmonic of Nd: YAG laser (532 nm,
When irradiated with a pulse width of 10 picoseconds), the cyanine dye hardly absorbs light, and only rhodamine 6G is excited. Light emission was observed in the emission wavelength region (590 to 600 nm) of the cyanine dye, and it was confirmed that energy transfer from the rhodamine 6G to the cyanine dye occurred.

【0079】一方、Nd:YAGレーザの第2高調波で
ローダミン6Gを光ポンピングして得られる 580nmの光
照射では、シアニン色素のみが励起されるが、このとき
はローダミン6Gからの発光は観測されず、エネルギー
移動は起きていないことが確認できた。
On the other hand, with the light irradiation of 580 nm obtained by optically pumping Rhodamine 6G with the second harmonic of the Nd: YAG laser, only the cyanine dye is excited, but at this time, the emission from Rhodamine 6G is observed. It was confirmed that no energy transfer had occurred.

【0080】実施例1と同様に、Nd:YAGレーザを
光源として用い、第2高調波と、第2高調波でローダミ
ン6Gを光ポンピングして得られる 580nmの光とを用い
た。それぞれのパルス光は2分割した後、光遅延回路を
用いて、試料に到達する時間を調整した。
As in Example 1, an Nd: YAG laser was used as a light source, and a second harmonic and 580 nm light obtained by optically pumping Rhodamine 6G with the second harmonic were used. Each pulsed light was divided into two, and the time to reach the sample was adjusted using an optical delay circuit.

【0081】シアニン色素をM1で表し、ローダミン6
GをM2で表す。M1の基底状態(M1G)と励起状態
(M1E)とのエネルギー差に相当する波長の光照射を
A、M2の基底状態(M2G)と励起状態(M2E)と
のエネルギー差に相当する波長の光照射をBとする。光
照射が行われた場合を2値情報の“1”、行われない場
合を“0”に対応させ、A、Bの光照射を行った後に、
M1G、M1E、M2G、M2Eの状態に電子が存在す
る場合を2値情報の“1”、存在しない場合を“0”に
対応させる。
The cyanine dye is represented by M1, and rhodamine 6
G is represented by M2. Light irradiation with a wavelength corresponding to the energy difference between the ground state (M1G) and excited state (M1E) of M1 is A, and light with a wavelength corresponding to the energy difference between the ground state (M2G) and excited state (M2E) of M2. Irradiation is B. When the light irradiation is performed, the binary information “1” is corresponded to, and when the light irradiation is not performed is corresponded to “0”.
The presence of electrons in the states of M1G, M1E, M2G, and M2E corresponds to binary information “1”, and the absence thereof corresponds to “0”.

【0082】M1GについてはA NOR B、M1E
についてはA OR B、M2GについてはA NAN
D B、M2EについてはA AND Bが成立するこ
とが分かった。
For M1G, A NOR B, M1E
For A OR B, for M2G is A NAN
It was found that A AND B holds for D B and M2E.

【0083】ここで使用できる分子の組み合わせは、上
記したものに限らないのは言うまでもない。その他に使
用可能な分子としては、例えば、N. J. Turro 著、Mode
rn Molecular Photochemistry (The Benjamin/Cummings
Pub. Co., Inc., 1978年)322頁に記載されているよ
うな1−クロロアントラセンとペリレン、ピレンとセブ
ロンイエローL、ピレンとペリレン、ナフタレンとアン
トラセン、ローダミン6Gとマラカイトグリーン等があ
る。
It goes without saying that the combination of molecules that can be used here is not limited to the above. Other molecules that can be used include, for example, NJ Turro, Mode.
rn Molecular Photochemistry (The Benjamin / Cummings
Pub. Co., Inc., 1978) 1-chloroanthracene and perylene, pyrene and cebron yellow L, pyrene and perylene, naphthalene and anthracene, rhodamine 6G and malachite green.

【0084】更に、この他であっても、エネルギーを与
える分子の発光スペクトルが、エネルギーを受け取る分
子の吸収スペクトルと重なっているというエネルギー条
件を満たせば使用することができる。また、エネルギー
を与える分子と受け取る分子との間が、エネルギー移動
に関与しない分子を含んだ化学結合で結ばれていても、
本発明の効果を損ねることはない。
Further, in addition to this, it can be used as long as the energy condition that the emission spectrum of the molecule that gives energy overlaps with the absorption spectrum of the molecule that receives energy is satisfied. In addition, even if the molecule that gives energy and the molecule that receives energy are connected by a chemical bond containing a molecule that does not participate in energy transfer,
The effect of the present invention is not impaired.

【0085】また、溶液ばかりではなく、上記の各化合
物をポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリア
クリルアミド、ポリビニルアセテート、ポリビニルアル
コール、ポリビニルブチラール等の高分子中に分散した
材料系、シクロデキストリン、クラウンエーテル等に包
接した材料系、或いは、上記の各化合物に炭素数が3以
上のアルキル基を導入してラングミュア・ブロジェット
膜中に存在させた材料系等においても、同様の効果が得
られる。
Not only a solution but also a material system in which each of the above compounds is dispersed in a polymer such as polymethyl methacrylate, polystyrene, polyacrylamide, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, cyclodextrin, crown ether, etc. The same effect can be obtained in a clathrate material system or a material system in which an alkyl group having 3 or more carbon atoms is introduced into each of the above compounds and allowed to exist in the Langmuir-Blodgett film.

【0086】分子間のエネルギー移動には三重項−三重
項エネルギー移動があるが、それぞれの分子が高い三重
項量子収率をもつ他に、それぞれの基底状態と励起一重
項状態の遷移に対応する吸収スペクトルと、最低三重項
状態から高い三重項状態への遷移に対応する三重項−三
重項スペクトルとの波長が分離できることが必要であ
る。
The energy transfer between molecules includes triplet-triplet energy transfer. In addition to the high triplet quantum yield of each molecule, it corresponds to the transition between each ground state and excited singlet state. The wavelengths of the absorption spectrum and the triplet-triplet spectrum corresponding to the transition from the lowest triplet state to the higher triplet state need to be separable.

【0087】このような分子は例えば、S. L. Murov
著、Handbook of Photochemistry (Marcel Dekker 、19
73年)のセクション1 Spectroscopic Properties of S
ensitizers and Quenchersに記載されている膨大な分子
の中から、適当なものを選択して使用することができ
る。勿論、これ以外にも、上記したエネルギー条件を満
足するような分子を選択することができる。
Such molecules are, for example, SL Murov
Written, Handbook of Photochemistry (Marcel Dekker, 19
73) Section 1 Spectroscopic Properties of S
From the vast number of molecules described in ensitizers and Quenchers, an appropriate one can be selected and used. Of course, other than this, it is possible to select a molecule that satisfies the above-mentioned energy conditions.

【0088】<実施例5>以上の各実施例においては、
一つの素子について扱ったが、本実施例ではこれらを複
数個使用する場合を説明する。
<Embodiment 5> In each of the above embodiments,
Although one element is dealt with, this embodiment will explain a case where a plurality of these elements are used.

【0089】最も簡単な例の1つを図7に示す。それぞ
れの素子をD1、D2、D3として、演算に使用する光
照射をA1、B1、A2、B2として、演算結果を検出
するのに用いる光照射をP1、P2、P3とする。D3
の場合には、D1、D2の演算結果を検出するP2、P
3により演算が行われる。
One of the simplest examples is shown in FIG. The respective elements are designated as D1, D2 and D3, the light irradiation used for the calculation is designated as A1, B1, A2 and B2, and the light irradiation used for detecting the calculation result is designated as P1, P2 and P3. D3
In the case of, P2 and P for detecting the calculation results of D1 and D2
The calculation is performed by 3.

【0090】D1、D2、D3には9,10−ジフェニル
アントラセンの脱気ヘキサン溶液を使用した。実施例1
と同様に、光源はNd:YAGレーザの第3高調波(355
nm、10ピコ秒)を使用した。パルス光の時間間隔は、半
透過鏡で分割した光を光遅延回路を用いて30ピコ秒に調
整した。
A degassed hexane solution of 9,10-diphenylanthracene was used for D1, D2 and D3. Example 1
Similarly, the light source is the third harmonic of the Nd: YAG laser (355
nm, 10 picoseconds) was used. The time interval of the pulsed light was adjusted to 30 picoseconds using a light delay circuit for the light split by the semitransparent mirror.

【0091】本実施例では基本的には、励起状態に電子
が遷移した後の基底状態の吸収のデプレション(入射光
に含まれる光子数が試料中の分子数よりも多いときに、
すべての分子が励起状態となり、基底状態の吸収がなく
なる現象)を使用している。素子の動作は、演算に用い
る光を時系列で照射することにより行う。従って、ある
素子を動作させるための複数のパルス光は、その素子の
演算結果を検出するためのパルス光よりも時間的に前に
照射が完了していなければならない。
In this example, basically, the depletion of the absorption of the ground state after the transition of the electron to the excited state (when the number of photons contained in the incident light is larger than the number of molecules in the sample,
All molecules are in the excited state and the absorption of the ground state disappears) is used. The operation of the element is performed by irradiating light used for calculation in time series. Therefore, irradiation of a plurality of pulsed lights for operating a certain element must be completed before the pulsed light for detecting the calculation result of the element in terms of time.

【0092】図7の場合、P1の光がまずD3に入射す
る。P2の光はこれより後にD3に入射する必要がある
が、その結果をもたらすA2、B2の光の照射は、励起
状態の寿命よりも十分に短ければ融通性がある。
In the case of FIG. 7, the light of P1 first enters D3. The light of P2 needs to be incident on D3 after this, but the irradiation of the light of A2 and B2 which causes the result is flexible if it is sufficiently shorter than the lifetime of the excited state.

【0093】即ち、A2、B2の時間間隔は、A1、B
1と同じ時間間隔の後、P2照射までの間隔があっても
良いし、また、A2、B2、P2の時間間隔はA1、B
1、P1の時間間隔と同じである場合にはA2の照射開
始をP2がP1の後になるように遅延させても良い。図
7に示した以外でも、P1とP2の順序、タイミングを
変えるものでなければ、他のシークエンスでも構わな
い。
That is, the time interval between A2 and B2 is A1, B
After the same time interval as 1 there may be an interval up to P2 irradiation, and the time interval of A2, B2, P2 may be A1, B
When the time interval is 1 and P1, the irradiation start of A2 may be delayed so that P2 comes after P1. Other than those shown in FIG. 7, other sequences may be used as long as the order and timing of P1 and P2 are not changed.

【0094】図8に結果を示す。この結果は、プローブ
光P3の透過光強度が大のときを“1”、小又はゼロの
ときを“0”として示したが、P1とP2を順次D3に
入射させることによって、図1のA NOR Bの論理
表とは逆の出力が得られることが分かる。
The results are shown in FIG. This result is shown as "1" when the transmitted light intensity of the probe light P3 is high and "0" when it is small or zero. However, by sequentially injecting P1 and P2 into D3, A of FIG. It can be seen that the output opposite to the NOR B logic table is obtained.

【0095】この実施例において、D1、D2、D3の
動作原理は分子レベルで起きており、D1、D2、D3
等が波長次元で動作波長を分離できれば、その形態に限
定されないのは、勿論のことである。
In this embodiment, the operating principle of D1, D2, D3 occurs at the molecular level, and D1, D2, D3
It is needless to say that the present invention is not limited to the form as long as the operating wavelengths can be separated in the wavelength dimension.

【0096】なお、試料は溶液の他に薄膜、固体状態で
あってよいし、或いは、D1、D2、D3等の機能をな
す複数の分子をそれらの機能に影響を与えないように例
えばアルキル鎖等で化学結合させた分子又は物質も使用
できる。
The sample may be in the form of a thin film or a solid in addition to a solution, or a plurality of molecules having functions such as D1, D2, D3 may be treated with, for example, an alkyl chain so as not to affect those functions. Molecules or substances chemically bonded with each other can also be used.

【0097】<実施例6>この実施例では、励起エネル
ギー準位の異なる2種類の分子が化学結合した分子とこ
れ以外の分子とを組み合わせた例を述べる。
Example 6 In this example, an example in which a molecule in which two kinds of molecules having different excitation energy levels are chemically bonded and a molecule other than this are combined will be described.

【0098】励起準位の異なる分子としては、ローダミ
ン6Gと亜鉛ポルフィンが化学結合した分子を用いた。
この分子は、ローダミン6Gのフェニル環のパラ位にア
ルデヒドが置換した化合物をピロール中で還流して得ら
れる生成物をクロロホルム中で塩化亜鉛と反応させるこ
とにより得られる。最終生成物はカラムクロマトグラフ
ィにより精製した。
As a molecule having a different excitation level, a molecule in which rhodamine 6G and zinc porphine were chemically bonded was used.
This molecule can be obtained by reacting a product obtained by refluxing a compound in which the aldehyde ring is substituted at the para-position of the phenyl ring of Rhodamine 6G in pyrrole with zinc chloride in chloroform. The final product was purified by column chromatography.

【0099】ローダミン6Gの励起一重項状態のエネル
ギー準位は螢光スペクトルの極大が590nm付近にあり、
亜鉛ポルフィンの吸収極大 590nmと合致している。亜鉛
ポルフィンの励起一重項状態から最低三重項状態への系
間交差の量子収率は 0.8と高く、ローダミン6Gが光励
起されると、亜鉛テトラポルフィンの最低三重項状態
(エネルギー準位は1.59eV)が励起エネルギー移動の結
果として生成する。
The energy level of the excited singlet state of Rhodamine 6G has a fluorescence spectrum maximum near 590 nm.
It agrees with the absorption maximum of 590 nm of zinc porphine. The quantum yield of intersystem crossing from the excited singlet state to the lowest triplet state of zinc porphine is as high as 0.8, and when rhodamine 6G is photoexcited, the lowest triplet state of zinc tetraporphine (energy level is 1.59 eV) Are generated as a result of excitation energy transfer.

【0100】組み合わせる他の分子の例としては、メチ
レンブルーを使用した。メチレンブルーの吸収極大は 6
70nm付近にあり、ローダミン6G及び亜鉛ポルフィリン
と吸収波長が分離されており、個別に光励起することが
できる。メチレンブルーの最低三重項状態のエネルギー
準位は1.44eVであり、メチレンブルーの三重項−三重項
吸収スペクトルの 880nm付近にある吸収極大を観察する
ことにより、最低三重項状態の生成を確認できる。
Methylene blue was used as an example of another molecule to be combined. The absorption maximum of methylene blue is 6
It is around 70 nm, and the absorption wavelengths are separated from rhodamine 6G and zinc porphyrin, and they can be individually photoexcited. The energy level of the lowest triplet state of methylene blue is 1.44 eV, and generation of the lowest triplet state can be confirmed by observing the absorption maximum near 880 nm in the triplet-triplet absorption spectrum of methylene blue.

【0101】メチレンブルーの主光吸収帯はローダミン
6Gの螢光スペクトルと波長次元で重なりが無視でき、
従って、ローダミン6Gの励起一重項状態からメチレン
ブルーへのエネルギー移動過程は殆ど起きない。また、
亜鉛ポルフィンの三重項−三重項吸収スペクトルの吸収
極大は 460nm付近にあり、この波長領域に問題となる程
度の強度の吸収は無い。
In the main light absorption band of methylene blue, the overlap with the fluorescence spectrum of Rhodamine 6G in the wavelength dimension can be ignored,
Therefore, the energy transfer process from the excited singlet state of Rhodamine 6G to methylene blue hardly occurs. Also,
The absorption maximum of the triplet-triplet absorption spectrum of zinc porphine is around 460 nm, and there is no problematic absorption in this wavelength region.

【0102】Nd:YAGレーザ(パルス幅10ピコ秒)
を光源として用いて2分割した後、一方の光で第2高調
波を発生させた後に2分割して、ローダミン6Gの光励
起と880nmの発振の色素レーザ(レーザ色素IR 144使
用)に用いた。また、もう一方のNd:YAGレーザか
らの光により第3高調波(355nm)を発生させ、オギザジ
ン170 も使用した色素レーザの励起に使用した。メチレ
ンブルーの吸収極大波長 670nmに対応した波長を得た。
Nd: YAG laser (pulse width 10 picoseconds)
Was used as a light source, and the light was used to generate a second harmonic with one light and then was divided into two and used for a dye laser (using laser dye IR 144) for photoexcitation of Rhodamine 6G and oscillation of 880 nm. In addition, the third harmonic (355 nm) was generated by the light from the other Nd: YAG laser, which was also used to excite the dye laser which also used oxazazine 170. A wavelength corresponding to the absorption maximum wavelength of 670 nm of methylene blue was obtained.

【0103】これらの光パルスを図5と同様に光遅延回
路により、3つの光パルス間の間隔を 200ピコ秒に調節
した。光検出に使用したストリークカメラへの光トリガ
信号は、試料に照射される最初の光パルスよりも 200ピ
コ秒前になるように光学的距離を設定した。試料は亜鉛
ポルフィンとローダミン6Gを化学的に結合した化合物
とメチレンブルーの混合溶液を光学セルに入れたもので
ある。
As in the case of FIG. 5, the optical delay circuit adjusted the intervals between the three optical pulses to 200 picoseconds. The optical trigger signal to the streak camera used for light detection was set to an optical distance 200 picoseconds before the first light pulse applied to the sample. The sample is a mixture solution of a compound in which zinc porphine and rhodamine 6G are chemically bonded and methylene blue are put in an optical cell.

【0104】試料に照射されるパルスの順序としては、
最初にローダミン6Gを光励起する532nmの光(これを
Aとする。)、次にメチレンブルーを光励起するための
670nmの光(これをBとする。)、最後にメチレンブル
ーの三重項−三重項吸収を観測するための 880nmの順番
とした。
The order of pulses applied to the sample is as follows.
First, 532 nm light for photoexciting Rhodamine 6G (this is referred to as A), and then for photoexciting methylene blue
The light was 670 nm (this is B), and finally 880 nm for observing the triplet-triplet absorption of methylene blue.

【0105】本実施例で使用した材料系のエネルギー準
位図を図9に示す。図9に示したように、AとBの少な
くとも一方が照射された場合に、メチレンブルーの最低
三重項状態が生成する。即ち、A OR Bの演算が行
われる。
The energy level diagram of the material system used in this example is shown in FIG. As shown in FIG. 9, the lowest triplet state of methylene blue is generated when at least one of A and B is irradiated. That is, the operation of A OR B is performed.

【0106】この結果によれば、A、Bの両方を照射し
ない場合には、 880nmの試料透過光強度に変化はない。
According to this result, when both A and B are not irradiated, there is no change in the sample transmitted light intensity at 880 nm.

【0107】Aを照射し、Bを照射しない場合には、 8
80nmでの試料透過光強度の減少が観測された。このこと
は、ローダミン6Gの励起一重項状態から亜鉛ポルフィ
ンへのエネルギー移動により、亜鉛ポルフィンの励起一
重項状態が生成し、次いで系間交差によって亜鉛ポルフ
ィンの最低三重項状態が生成する。更にメチレンブルー
への三重項−三重項エネルギー移動によって、メチレン
ブルーの最低三重項状態が生成したことを裏付けてい
る。
When A is irradiated and B is not irradiated, 8
A decrease in sample transmitted light intensity at 80 nm was observed. This means that the energy transfer from the excited singlet state of rhodamine 6G to zinc porphine produces the excited singlet state of zinc porphine, and then the intersystem crossing produces the lowest triplet state of zinc porphine. Furthermore, it supports that the lowest triplet state of methylene blue was generated by triplet-triplet energy transfer to methylene blue.

【0108】Aを照射しないで、Bを照射した場合に
は、メチレンブルーが光励起されて、系間交差によりそ
の最低三重項状態が生成する。それに対応して 880nmの
試料透過光強度の減少が観測された。
When B is irradiated without irradiation of A, methylene blue is photoexcited, and the lowest triplet state is generated due to intersystem crossing. Correspondingly, a decrease in the transmitted light intensity of the sample at 880 nm was observed.

【0109】AとBの両方に照射した場合には、 880nm
の試料透過光の減少が観測され、メチレンブルーの最低
三重項状態が生成することが分かった。
When both A and B are irradiated, 880 nm
It was found that the lowest triplet state of methylene blue was generated by the decrease of the light transmitted through the sample.

【0110】以上の結果から、A OR Bの演算が行
われることを確認できた。最初と2番目の光パルス照射
の順番を交換しても同じ結果が得られた。
From the above results, it was confirmed that the operation of A OR B was performed. The same result was obtained by exchanging the order of irradiation of the first and second light pulses.

【0111】使用できる分子の組み合わせは、ここで述
べたものに限らないのは言うまでもない。
It goes without saying that the molecular combinations that can be used are not limited to those described here.

【0112】また、溶液ばかりではなく、上記の各化合
物をポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリア
クリルアミド、ポリビニルアセテート、ポリビニルアル
コール、ポリビニルブチラール等の高分子中に分散した
材料系、或いは、シクロデキストリン、クラウンエーテ
ル等に包接した材料系、或いはこれら化合物に炭素数が
3以上のアルキル基を導入してラングミュア・ブロジェ
ット膜中に存在させた材料系等においても同様の効果が
得られる。
Further, not only a solution but also a material system in which each of the above compounds is dispersed in a polymer such as polymethylmethacrylate, polystyrene, polyacrylamide, polyvinylacetate, polyvinylalcohol, polyvinylbutyral, or cyclodextrin or crown ether is used. The same effect can be obtained in a material system clathrated by etc., or in a material system in which an alkyl group having 3 or more carbon atoms is introduced into these compounds to be present in the Langmuir-Blodgett film.

【0113】以上、本発明の実施例を説明したが、上述
の実施例は本発明の技術的思想に基いて更に変形が可能
である。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the above embodiments can be further modified based on the technical idea of the present invention.

【0114】例えば、分子の励起のために1種類の波長
の光を使用するだけでなく、複数種の波長の光(非線形
効果を用いて、1つの電子的遷移を2光子以上の過程で
行うときの第1の波長光と第2の波長光:但し、これら
のエネルギーの総和はエネルギー準位間のエネルギー差
に対応することが必要である。)も使用することができ
る。
For example, not only the light of one kind of wavelength is used for exciting a molecule, but also the light of plural kinds of wavelength (one electronic transition is performed in the process of two or more photons by using a nonlinear effect). At this time, the first wavelength light and the second wavelength light: However, the total sum of these energies needs to correspond to the energy difference between the energy levels.) Can also be used.

【0115】また、分子の電子エネルギー準位は常温に
おいて離散的であるため、極低温から常温に至る広い温
度領域で動作させることができ、分子構造が変化、分解
しなければ、常温よりも高い温度でも使うことができ
る。また、上述の実施例においては励起状態に遷移した
段階を主に挙げたが、励起状態にある分子が化学反応す
る場合も、本発明を適用することができる。
Since the electron energy level of the molecule is discrete at room temperature, it can be operated in a wide temperature range from extremely low temperature to room temperature, and is higher than room temperature unless the molecular structure changes or decomposes. It can be used at temperature. Further, in the above-described examples, the stage of transition to the excited state was mainly mentioned, but the present invention can be applied to the case where the molecule in the excited state chemically reacts.

【0116】また、上述の実施例では、分子の電子エネ
ルギー準位を対象としたが、原子の電子エネルギー準位
に対しても同様に本発明を適用できるし、複数の分子又
は原子の併用も可能である。
Further, in the above-mentioned embodiments, the electron energy level of a molecule is targeted, but the present invention can be similarly applied to the electron energy level of an atom, and a plurality of molecules or atoms can be used in combination. It is possible.

【0117】なお、本発明は、光による電子的遷移を利
用したものであるが、電子はフェルミ粒子であるため、
素子の情報処理を2値論理で行うのに好適であるが、出
力の光を例えばファブリペロー光干渉器や光ファイバの
中に入力して、光子のボゾン粒子としての特性を使用し
たアナログ的な情報処理も可能である。その他、光と物
質との相互作用だけでなく、光以外のエネルギー粒子を
励起源として使用した情報処理にも応用の道を開くこと
ができるものと考えられる。
Although the present invention utilizes the electronic transition due to light, since the electrons are fermions,
It is suitable for performing information processing of the device by binary logic, but the output light is input into, for example, a Fabry-Perot optical interferometer or an optical fiber, and an analog type using the characteristics of photons as boson particles is used. Information processing is also possible. In addition, it is considered that not only the interaction between light and matter but also the information processing using energetic particles other than light as an excitation source can be opened up for application.

【0118】[0118]

【発明の作用効果】本発明による情報処理方法は上述し
た如く、光と物質との相互作用のうちで最も高速な現象
の1つである電子的遷移によって生じる吸収の変化を用
い、遷移後の電子が分布する励起状態の寿命よりも短い
時間領域で動作する光照射による情報処理方法であるか
ら、特殊な分子構造の物質を用いなくても過渡的状態の
エネルギー及び寿命を考慮することにより、超高速の情
報処理を容易かつ確実に行うことができる。
As described above, the information processing method according to the present invention uses a change in absorption caused by an electronic transition, which is one of the fastest phenomena in the interaction between light and a substance, and after the transition, Since it is an information processing method by light irradiation that operates in a time region shorter than the lifetime of the excited state in which electrons are distributed, by considering the energy and lifetime of the transient state without using a substance with a special molecular structure, Ultra-high-speed information processing can be performed easily and reliably.

【0119】本発明の情報処理方法では、電子的な遷移
がフェムト秒領域で起きるので、化学反応を伴う場合の
ように高速であってもピコ秒からサブ秒の時間領域とな
ってしまう情報処理に比べて極めて有利である。また、
基本的には分子1個を動作単位とすればよいから、半導
体材料よりも微小なサイズでの使用が可能であり、集積
度を向上させることが期待できる。
In the information processing method of the present invention, since the electronic transition occurs in the femtosecond region, the information processing becomes a picosecond to subsecond time region even at a high speed as in the case of involving a chemical reaction. It is extremely advantageous compared to. Also,
Basically, one molecule can be used as an operation unit, so that it can be used in a size smaller than a semiconductor material, and it can be expected to improve the degree of integration.

【0120】情報処理の高速化は益々要求されている
が、本発明はそうした要求に対応するものである。そし
て、光源と本発明を適用した素子とが基板上で集積され
た構造は大いに実現可能である。
Although there is an increasing demand for speeding up information processing, the present invention addresses such a demand. Further, a structure in which a light source and an element to which the present invention is applied are integrated on a substrate can be greatly realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に基づく情報処理の一例を示す概略図及
び論理表である。
FIG. 1 is a schematic diagram and a logical table showing an example of information processing according to the present invention.

【図2】同情報処理の他の例を示す概略図及び論理表で
ある。
FIG. 2 is a schematic diagram and a logical table showing another example of the same information processing.

【図3】同情報処理の他の例を示す概略図及び論理表で
ある。
FIG. 3 is a schematic diagram and a logical table showing another example of the same information processing.

【図4】同情報処理の更に他の例を示す概略図及び論理
表である。
FIG. 4 is a schematic diagram and a logical table showing still another example of the same information processing.

【図5】同情報処理を行うのに使用する光学的測定系の
概略図である。
FIG. 5 is a schematic diagram of an optical measurement system used to perform the same information processing.

【図6】同情報処理の一例の測定結果を示すスペクトル
図である。
FIG. 6 is a spectrum diagram showing a measurement result of an example of the same information processing.

【図7】同情報処理の他の例における測定系及びパルス
シークエンス図である。
FIG. 7 is a measurement system and pulse sequence diagram in another example of the same information processing.

【図8】図7の情報処理の測定結果を示すスペクトル図
である。
8 is a spectrum diagram showing a measurement result of information processing in FIG. 7. FIG.

【図9】同情報処理の更に他の例を示す概略図及び論理
表である。
FIG. 9 is a schematic view and a logical table showing still another example of the same information processing.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・レーザ 2・・・高調波光 6、7、8・・・光学的遅延装置 9・・・試料 10・・・ストリークカメラ 11・・・光検出器 12・・・制御/データ処理装置 S1 ・・・励起一重項状態 G・・・基底状態 T・・・三重項状態 T1 ・・・最低三重項状態 Tn ・・・高い三重項状態 A・・・第1番目の光照射 B・・・第2番目の光照射 P・・・第3番目の光照射(プローブ光)1 ... Laser 2 ... Harmonic light 6, 7, 8 ... Optical delay device 9 ... Sample 10 ... Streak camera 11 ... Photodetector 12 ... Control / data processing device S 1 ... Excited singlet state G ... Ground state T ... Triplet state T 1 ... Lowest triplet state T n ... High triplet state A ... First light irradiation B: second light irradiation P: third light irradiation (probe light)

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 分子又は原子の基底状態と少なくとも1
つの励起状態とを用いて、エネルギー準位間の電子的遷
移を前記エネルギー準位間のエネルギー差に対応する
1つの波長の光とエネルギーの総和が前記エネルギー
準位間のエネルギー差に対応する複数の波長の光とのい
ずれかの照射によって行い、演算の目的で行う複数回の
光照射時間と光照射間隔との総和を前記励起状態の寿命
よりも短くし、かつ、これらの光照射によって誘起され
るエネルギー状態間の電子分布の変化を情報処理に用い
る情報処理方法。
1. A ground state of a molecule or atom and at least one
One of the by using the excited state, the electron transitions between energy levels, one with light of a wavelength corresponding to the energy difference between the energy levels, corresponding to the energy difference between the sum of the energy is the energy level Performed by irradiation with light having a plurality of wavelengths, and the total of light irradiation time and light irradiation intervals performed for the purpose of calculation is shorter than the lifetime of the excited state, and these light irradiations are performed. An information processing method that uses the change in electron distribution between energy states induced by information processing.
【請求項2】 分子又は原子の基底状態と励起一重項状
態とを情報処理に用いる、請求項1に記載した情報処理
方法。
2. The information processing method according to claim 1, wherein the ground state and excited singlet state of a molecule or atom are used for information processing.
【請求項3】 分子又は原子の基底状態と直接光励起に
よって生じる最低三重項状態とを情報処理に用いる、請
求項1に記載した情報処理方法。
3. The information processing method according to claim 1, wherein the ground state of a molecule or atom and the lowest triplet state generated by direct photoexcitation are used for information processing.
【請求項4】 分子又は原子の基底状態と直接光励起に
よって生じる最低三重項状態と最低三重項状態からの光
励起によって生じる高い三重項状態とのうちから選ばれ
る少なくとも2つのエネルギー準位を情報処理に用い
る、請求項1に記載した情報処理方法。
4. At least two energy levels selected from the ground state of a molecule or an atom, the lowest triplet state generated by direct photoexcitation, and the higher triplet state generated by photoexcitation from the lowest triplet state are used for information processing. The information processing method according to claim 1, which is used.
【請求項5】 少なくとも2種類の異なる分子又は原子
の基底状態からの直接光励起若しくは増感によって生じ
る励起一重項状態又は最低三重項状態をエネルギー準位
として用いて、前記の異なる分子間又は原子間に生じる
エネルギー移動により生じる電子分布の変化を情報処理
に用いる、請求項1に記載した情報処理方法。
5. The excited singlet state or the lowest triplet state generated by direct photoexcitation or sensitization of at least two different kinds of molecules or atoms from the ground state is used as an energy level, and the different molecules or atoms are different from each other. The information processing method according to claim 1, wherein a change in the electron distribution caused by the energy transfer generated in 1 is used for information processing.
【請求項6】 励起エネルギー準位の異なる少なくとも
2種類の分子又は原子が化学結合した分子において、基
底状態からの直接光励起若しくは増感により生じる励起
一重項状態又は最低三重項状態をエネルギー準位として
用いて、異なる分子間又は原子間でのエネルギー移動に
よって生じる電子分布の変化を情報処理に用いる、請求
項1に記載した情報処理方法。
6. An excited singlet state or a lowest triplet state generated by direct photoexcitation or sensitization from a ground state in an molecule in which at least two kinds of molecules or atoms having different excitation energy levels are chemically bonded is used as an energy level. The information processing method according to claim 1, wherein a change in electron distribution caused by energy transfer between different molecules or atoms is used for information processing.
【請求項7】 光励起により誘起される分子内若しくは
分子又は原子間の化学反応によって生じる新たな分子と
元の分子又は原子とのエネルギー準位の変化を情報処理
に用いる、請求項1に記載した情報処理方法。
7. The method according to claim 1, wherein a change in energy level between a new molecule and an original molecule or atom caused by a chemical reaction in the molecule or between molecules or atoms induced by photoexcitation is used for information processing. Information processing method.
【請求項8】 請求項2〜7のいずれか1項に記載した
各情報処理方法の複数個を組み合わせる、情報処理方
法。
8. An information processing method in which a plurality of the information processing methods according to claim 2 are combined.
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