KR20110023822A - 조성물, 광 데이터 저장 매체 및 광 데이터 저장 매체의 사용 방법 - Google Patents

조성물, 광 데이터 저장 매체 및 광 데이터 저장 매체의 사용 방법 Download PDF

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빅토르 페트로비츠 오스트로베르코프
이브제니아 미크하일로브나 김
줄리아 램 리
유진 폴링 보덴
패트릭 조셉 맥클로스키
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제너럴 일렉트릭 캄파니
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Abstract

본 발명은 조성물, 광 데이터 저장 매체 및 상기 광 데이터 저장 매체의 사용 방법에 관한 것이다. 상기 조성물은, 화학선을 흡수하여, 3중항 여기시 광화학 변화를 겪을 수 있는 반응물로의 상부 3중항 에너지 전달을 유발할 수 있는 백금 에티닐 착체를 하나 이상 포함하는 비-선형 감광제를 포함한다.

Description

조성물, 광 데이터 저장 매체 및 광 데이터 저장 매체의 사용 방법{COMPOSITIONS, OPTICAL DATA STORAGE MEDIA AND METHODS FOR USING THE OPTICAL DATA STORAGE MEDIA}
본 발명은 조성물 및 광 데이터 저장 매체뿐만 아니라 상기 광 데이터 저장 매체의 사용 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 역 포화성 흡수제(RSA, reverse saturable absorber)는 소정의 파장에서 극히 낮은 선형 흡광도를 갖고 거의 모든 광을 투과시키는 화합물이다. 그러나, 이러한 소정의 파장에서 높은 강도의 레이저 파워에 적용되면, 낮은 수준의 선형 흡광도가, 분자가 보다 높은 흡광도 단면을 가져서 동일한 파장에서 고도로 흡수되는 상태를 유발하여, 후속적인 광자들을 보다 강하게 흡수하도록 한다. 예를 들어, 다수의 RSA는, 파장 532 nm의 입사 화학선에 의해 영향을 받으면 광여기된다. 이러한 파장은 가시 스펙트럼의 녹색 부분에 속하기 때문에, 이러한 RSA는 전형적으로 "녹색" RSA로 지칭될 수 있다.
최근, 특정 RSA가 데이터 저장 시스템 분야에서 유용성이 확인되었다. 예를 들어, 디스크에 광을 비춰서 데이터를 읽기 또는 기록하는 광 데이터 저장은, 예를 들어 자기 매체를 읽기 위한 감자성 헤드(magnetically sensitive head)와 같은 기타 수단 또는 비닐에 기록된 매체를 읽기 위한 바늘에 의해 읽혀져야만 하는 매체에 기록된 데이터에 비해 장점을 제공한다. 또한, 비닐 매체에 저장될 수 있는 것에 비해 보다 작은 매체 내에 보다 많은 데이터를 광학적으로 저장할 수 있다. 뿐만 아니라, 데이터를 읽기 위해서 접촉할 필요가 없기 때문에, 광학 매체는 비닐 매체와 같이 반복적으로 사용되는 기간 동안 악화될 정도로 취약하지도 않다.
광 데이터 저장 매체는 자기 저장 매체에 비해 여러 가지 장점을 제공한다. 예를 들어, 자기 디스크 드라이브와 달리, 광 데이터 저장 매체는 가장 통상적으로 데이터 보관 및 데이터 백업, 비-접속된 시스템들 간의 콘텐츠 공유, 및 이미 기록된 콘텐츠의 분배에 특히 적합한 이동식(removable) 매체로서 제공된다. 이동식 자기 매체, 예를 들어 자기 테이프가 이용될 수 있지만, 이 같은 매체에 저장된 정보의 수명은 전형적으로 10 내지 12년으로 제한되고, 상기 매체는 일반적으로 고가이며, 데이터 접근이 느리다. 대조적으로, 광 데이터 저장 매체는 기록가능하고/하거나 이미 기록된 이동식 매체의 유연성, 빠른 데이터 접근 시간, 소비자 컴퓨터 및 오락 시스템에 충분히 알맞은 매체 및 드라이브의 견고한 저가 제조를 제공할 수 있다.
그럼에도 불구하고, 통상적인 광 데이터 저장 매체는 한계가 있다. 첫째로, 광 매체의 저장 밀도가 기록 비트의 최소 크기에 대한 물리적 제약에 의해 제한된다. 광 저장의 또 다른 한계는, 데이터가 일반적으로 매체 내의 표면상에 또는 매체 내에 개재된 1 또는 2개의 불연속(discrete) 층에 저장된다는 데 있다. 깊이 방식으로 정보를 기록하는 것이 저장 용량을 늘릴 수 있으나, 이러한 방법, 즉 블리칭(bleaching) 및 광반응(photoreaction)은 읽기 가능한 마크를 생성하는 데 다량의 광 파워를 필요로 한다. 따라서, 통상적인 3D 기록 방법을 사용하면 기록 속도가 느리다. 또한, 이들 방법에 사용된 매체는 전형적으로 광 에너지에 대한 선형 응답을 나타내고, 따라서 의도되지 않은 데이터 삭제, 데이터 손실 등을 제거하기 위해 데이터를 기록한 후 광에 대한 매체의 감수성을 제거하는 데 일부 기작을 필요로 할 수 있다.
홀로그래픽 저장은, 감광성 매체에서 2개의 광 빔의 교차에 의해 생성되는 3차원 간섭 패턴의 이미지인 홀로그램으로서 데이터를 표시하는 광 데이터 저장이다. 더욱 구체적으로, 디지털식으로 인코딩된 데이터를 함유하는 기준 빔과 신호 빔의 중첩이 매체의 체적에 3-D 간섭 패턴을 형성하여, 화학 반응을 일으키고, 이 화학 반응이 감광성 매체의 굴절률을 변화시키거나 변조시킨다. 이러한 변조는 신호로부터 강도 및 위상 정보 둘 다를 홀로그램으로 기록한다. 이후에, 상기 저장 매체를 기준 빔에만 노광시킴으로써 상기 홀로그램을 재생할 수 있는데, 이때 상기 기준 빔은 저장된 홀로그래픽 데이터와 상호작용하여, 홀로그래픽 이미지를 저장하는 데 사용된 초기 신호 빔에 비례하여 재구성된 신호 빔을 생성한다.
초기의 홀로그래픽 저장 시도는 페이지 기반 접근법에 따라 시도되었다. 즉, 여기서는 디지털 정보의 비트들이, 논리 "0"과, 홀로그램이 기록된 필연적으로 선형인 매체의 '분층(slice)'을 가로지르는 "1"들의 2차원 어레이로서 체적 홀로그램(volume hologram)으로 인코딩되었다. 비교적 큰 체적의 매체를 사용하기 때문에, 페이지 기반 접근법을 이용하는 데 필요한 기록 및 재생 장치는 복잡하고 고가이며 매체 내에서의 읽기 또는 기록이 온도 및 진동의 변화뿐만 아니라 쓰기 또는 읽기 파장 또는 강도의 작은 변화에도 매우 민감할 수 있었다.
이러한 단점으로 인해, 홀로그래픽 데이터 저장에 대한 보다 최근의 연구는 비트 방식의 접근법에 주목하고 있다. 이러한 접근법에서 각각의 정보 비트(또는 몇몇 비트)가 매체 내 미세 체적으로 편재된 홀로그램으로 표시되어 재생 광을 반사시키는 영역을 생성한다. 이와 같은 편재된 체적의 홀로그래픽 마이크로-반사체는 매체의 체적에 걸쳐 여러 개의 데이터 층으로 배열될 수 있다. 이러한 배열에서, 선형 물질이 단일 비트 적용례에서 홀로그래픽 데이터 저장을 위해 일하는 것으로 보일지라도, 상기 층들에서의 데이터 재생 및 기록은 필연적으로 인접 층들의 기록/재생 광선에 노출시키며, 따라서 기록 및 읽기 단계 동안 다른 데이터 층들에 영향을 주지 않으면서 다수의 데이터 층들을 지지할 수 있는 매체를 갖는 것이 보다 유리할 것이다.
비트 방식의 데이터 저장 접근법을 수용할 수 있는 물질의 읽기 및 기록에 이용되는 장치가 현재 상업적으로 입수가능하거나, 또는 상업적으로 용이하게 입수가능한 읽기 및 기록 장치를 변형하여 쉽게 제공되기 때문에, 이와 같은 물질이 매우 필요하다. 또한, 비트 방식의 접근법에 의한 홀로그래픽 데이터 저장은, 페이지 기반 접근법을 사용하여 저장된 홀로그래픽 데이터보다 온도, 파장, 강도 변화 및 진동에 더 견고하다. 홀로그램, 특히 마이크로-홀로그램 기록을 최적으로 이용하기 위해서는, 비트 방식의 데이터 저장 물질이 비-선형이어야 하고, 또한 바람직하게는 기록 광에 대한 굴절률 변화(Δn)가 적어도 약 0.005 내지 약 0.05를 나타내어야 할 것이다. 궁극적으로, 기록 광에 의해 물질에 생성된 굴절률 변조 크기가 소정의 시스템 구성에 대한 회절 효율을 정의하고, 이러한 회절 효율이 신호 대 잡음 비, 비트 에러율 및 달성가능한 데이터 밀도로 해석될 것이다.
그러므로, 기록 광 강도에 대한 비-선형(또는 "역치(threshold)") 응답을 나타낼 수 있고, 비트 방식의 홀로그래픽 데이터 저장에 적합한 광 데이터 저장 매체가 여전히 요구된다. 특히, 용량 증가가 실현될 수 있도록, 매체에 저장된 홀로그램을 깊이로 제한하는 것이 유리할 것이다. 또한, 이 같은 데이터 저장 매체가, 주변 매체의 굴절률을 유의적으로 변화시키지 않고 다양한 깊이에서의 홀로그램 효율의 실질적인 열화를 나타내지 않는 방식으로 기록가능한 것이 바람직할 것이다.
본 발명에 따르면, 3중항 여기(Tn; n>1)시 변화될 수 있는 반응물; 및 약 405 nm에서 화학선을 흡수하여 상기 반응물로의 상부 3중항-3중항 에너지 전달을 유발할 수 있는 백금 에티닐 착체를 하나 이상 포함하는 비-선형 감광제를 포함하는 조성물이 제공된다.
또한, 광 데이터 저장 매체가 제공된다. 상기 매체는 중합체 매트릭스, 3중항 여기(Tn; n>1)시 변화될 수 있는 반응물, 및 약 405 nm에서 화학선을 흡수하여 상기 반응물로의 상부 3중항-3중항 에너지 전달을 유발할 수 있는 백금 에티닐 착체를 하나 이상 포함하는 비-선형 감광제를 포함한다.
또한, 광 데이터 저장 방법이 제공된다. 상기 방법은 감광제 및 반응물을 포함하는 광 데이터 저장 매체를 제공하는 단계를 포함한다. 상기 반응물은 3중항 여기시 변화될 수 있고, 상기 비-선형 감광제는 하나 이상의 백금 에티닐 착체를 포함하고 화학선을 흡수하여 상기 반응물로의 상부 3중항-3중항 에너지 전달을 유발할 수 있다.
본 발명의 상기 및 다른 특징, 양태 및 장점은 첨부된 도면을 참고하여 후술되는 상세한 설명을 읽음으로써 잘 이해될 것이며, 도면에서 유사한 기호는 도면 전반에 걸쳐 유사한 부분을 나타낸다.
도 1a는 화학선에 대한 선형 감광제의 응답을 그래프로 표시한 것이다.
도 1b는 화학선에 대한 역치 감광제의 응답을 그래프로 표시한 것이다.
도 2는 매체가 선형 감광제를 포함하는 경우의 화학선의 영향 영역 및 매체가 역치 감광제를 포함하는 경우의 화학선의 영향 영역을 도시한, 광 저장 매체의 단면도이다.
도 3은, 역 포화성 흡수를 나타내는 감광제에 대한, 상부 3중항 Tn 여기 상태 흡수 및 결과적인 에너지 전달을 도시한 개략적인 에너지 준위표이다.
도 4는 본원에 기술된 매체 및 방법에 유용한 특정 백금-에티닐 착체(PPE 및 PE2)의 화학식을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 매체 및 방법에 유용한 백금-에티닐 착체(PE2)의 합성 흐름도이다.
도 6a는 본 발명의 매체 및 방법에 유용한 백금-에티닐 착체(PE2)에 대해 측정된 Z-스캔을 그래프로 표시한 것이다.
도 6b는 본 발명의 매체 및 방법에 유용한 백금-에티닐 착체(PPE)에 대해 측정된 Z-스캔을 그래프로 표시한 것이다.
발명의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명
200 데이터 저장 매체
201 섹션
202 초점
300 에너지 준위표
301 바닥 상태 흡수 단면을 나타내는 화살표
302 에너지 전달을 나타내는 화살표
303 여기된 3중항 상태 흡수 단면을 나타내는 화살표
304 하나의 가능한 붕괴 과정을 나타내는 화살표
305 또 다른 가능한 붕괴 과정을 나타내는 화살표
306 반응물의 변화를 나타내는 화살표
다른 언급이 없는 한, 본원에서 사용된 기술 용어 및 과학 용어는 본 발명이 속하는 업계 숙련자들에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 사용된 "제 1", "제 2" 등은 어떠한 순서, 양 또는 중요도를 나타내지 않으며 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위해 사용되었다. 또한, 단수형은 양을 한정하는 것이 아니라, 오히려 언급된 항목이 하나 이상 있음을 나타내기 위한 것이며, "전방", "후방", "저부" 및/또는 "상부"라는 용어는, 달리 언급하지 않는 한, 단지 설명 편의상 사용되는 것으로, 어떠한 위치 또는 공간상의 배치를 한정하는 것은 아니다. 범위가 개시되는 경우, 동일한 성분 또는 특성에 대한 모든 범위의 종결점이 포함되며, 독립적으로 조합가능하다(예를 들어, "약 25중량% 이하"라는 범위, 또는 구체적으로 약 5중량% 내지 약 20중량%"는 종결점, 및 "약 5중량% 내지 약 25중량%"의 범위의 모든 중간값 등도 포함한다). 양과 관련하여 사용된 "약"이란 수식어는 언급된 수치를 포함하며 문맥에 의해 인식가능한 의미를 갖는다(예를 들어, 구체적인 양의 측정과 관련된 오차 정도를 포함함).
본원에서 사용된 "회절 효율"이란, 입사 프로브 빔 파워에 비해 홀로그램 위치에서 측정된 홀로그램에 의해 반사된 빔 파워의 분율을 의미하며, "양자 효율"은 흡수된 광자가 굴절률 변화를 유발하는 화학적 변화를 야기할 가능성을 의미한다. "플루언스(fluence)"란, 빔 단면의 단위 면적을 횡단하는 광학 빔 에너지의 양(예를 들어, J/㎠로 측정됨)을 의미하고, "강도"란 광선 복사 플럭스 밀도(optical radiative flux density), 예를 들어 단위 시간 당 빔 단면의 단위 면적을 횡단하는 양(예를 들어, W/㎠로 측정됨)을 의미한다.
본원은 반응물 및 비선형 감광제를 포함하는 조성물을 제공한다. 더욱 구체적으로, 상기 조성물은 3중항 여기(Tn; n>1)시 변화를 겪을 수 있는 반응물, 및 하나 이상의 백금 에티닐 착체를 포함하는 비선형 감광제를 포함한다. 상기 비-선형 감광제는, 예를 들어 하나 이상의 광자 형태의 입사 화학선을 흡수한 다음, 3중항-3중항 에너지 전달에 의해 반응물 분자로 에너지를 전달함으로써 반응물의 분자 재배치를 유도하여 생성물을 형성할 수 있다. 본 발명의 광 데이터 저장 매체에 사용된 비선형 감광제는 상부 3중항 상태(Tn, 여기서 n>1)로부터 에너지를 반응물로 전달할 수 있으며, 이때 상기 상태는 매우 짧은 수명(나노초 내지 수 μ(마이크로) 초)을 갖는다.
일부 실시양태에서, 본 발명의 비선형 감광제는 두 개의 광자를 전형적으로는 순차적으로 흡수할 수 있다. 또한, 본원에 기술된 감광제는 흡수된 에너지를 반응물로 전달한 후, 그의 원래 상태로 돌아가며, 상기 과정을 여러 번에 걸쳐 반복할 수 있다. 그러므로, 에너지를 흡수해서 하나 이상의 반응물로 전달하는 능력은 시간 경과에 따라 감퇴하지만, 감광제는 시간 경과에 따라 실질적으로 소비되지 않는다. 이는, 에너지(전형적으로 단일 광자)를 흡수해서 다른 분자들에 전달할 수 없지만, 새로운 구조로 전환되거나 또는 또 다른 분자와 반응하여 새로운 화합물을 형성할 수 있는 통상 알려져 있는 감광성 물질과 대조적이다.
한 실시양태에서, 상기 비-선형 감광제는, 역 포화성 흡수(RSA)를 나타내는 백금 에티닐 착체를 포함한다. 더욱 구체적으로, 비록 다수의 RSA가 공지되어 있고 비선형 적용에 사용되어 왔지만, 통상의 RSA는 전형적으로 "녹색" 레이저, 즉 약 532 nm의 파장을 갖는 광선을 이용하는 레이저로 사용하기에 더 적합한 비선형 광 응답 및 흡광 스펙트럼을 나타낸다. 대조적으로, 본 발명의 백금 에티닐 착체는 "청색" 레이저, 즉 약 405 nm의 파장을 갖는 광선을 이용하는 레이저로 사용하기에 적합하다.
상기 비선형 감광제는 바람직하게는 하나 이상의 백금 에티닐 착체, 더욱 구체적으로는 상부 3중항 여기 상태(Tn)로부터 인접한 반응물로 에너지를 전달할 수 있는 하나 이상의 백금 에티닐 착체를 포함한다. 광 데이터 저장 매체에 사용하기에 적합한 백금 에티닐 착체는, 상기 백금이 π-전자 계의 편재화에 참여하고/하거나 계간 전이를 통해 1중항 상태로 전이되는 3중항 에너지 준위를 갖는 임의의 것을 포함한다. 이와 같은 착체의 예는 하기 트랜스-백금 화합물: 비스(트라이부틸포스핀)비스(4-에티닐바이페닐)백금(PPE) 및 비스(트라이부틸포스핀)비스(4-에티닐-1-(2-페닐에티닐)벤젠)백금(PE2), 비스(1-에티닐-4-(4-n-부틸페닐에티닐)벤젠)비스(트라이-n-부틸포스핀)Pt(II)(n-부틸 PE2), 비스(1-에티닐-4-(4-플루오로페닐에티닐)벤젠)비스(트라이-n-부틸포스핀)Pt(II)(F-PE2), 비스(1-에티닐-4-(4-메톡시페닐에티닐)벤젠)비스(트라이-n-부틸포스핀)Pt(II)(4-MeO-PE2), 비스(1-에티닐-4-(4-메틸페닐에티닐)벤젠)비스(트라이-n-부틸포스핀)Pt(II)(Me-PE2), 비스(1-에티닐-4-(3,5-다이메톡시페닐에티닐)벤젠)비스(트라이-n-부틸포스핀)Pt(II)(3,5-diMeO-PE2), 비스(1-에티닐-4-(4-N,N-다이메틸아미노페닐에티닐)벤젠)비스(트라이-n-부틸포스핀)Pt(II)(diMeamino-PE2)을 포함하나, 이들에 한정되지 않는다. 일부 실시양태에서, 상기 백금 착체는 하나 이상의 PE2 또는 PPE를 포함할 수 있다.
상기 조성물에 사용된 비선형 감광제의 양은 입사 화학선의 파장에서 그의 광학 밀도에 따라 달라질 수 있다. 또한, 상기 감광제의 용해도가 소정의 인자일 수 있다. 일반적으로, 상기 감광제는 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0.002 중량% 내지 약 5 중량%의 양으로 사용될 수 있다.
본 발명의 조성물에 사용되는 반응물(들)은 3중항 여기시 변화를 겪을 수 있다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 광 데이터 저장 매체에 사용된 반응물은 화살표(308)로 표시된 감광제의 T2 상태보다 밑이지만 화살표(309)로 표시된 감광제의 T1 상태보다 위에 있는 화살표(307)로 표시된 3중항 에너지를 갖는다. 상기 반응물은 또한 상기 감광제의 상부 3중항 상태(T2 이상)로부터 에너지를 흡수해서 생성물을 형성하도록 변화될 수 있다.
본원에서 사용되는 "변화"라는 용어는 반응물의 임의의 "간접적" 광화학적 반응, 예를 들어 광이량체화(photodimerization) 또는 이성질화를 포함하는 것을 의미한다. 광이량체화란, 구조적으로 유사 및/또는 동일한 종의 미여기된 분자가 첨가되어, 전기적으로 여기된 불포화 분자를 수반하는 2분자 광화학적 공정이다(예를 들어, 2개의 올레핀이 결합되어 사이클로부탄 고리 구조를 형성한다). 이러한 반응에서 발생하는 공유 결합은 일반적으로 광생성물로서 분류될 수 있는 새로운 잔기를 생성한다. "간접적"이라는 단어가 광이량체화, 광화학적 반응 또는 광반응과 관련된 용어와 함께 사용되는 경우, 이는 상기 반응물이 광자 흡수에 의해 직접 에너지를 수용하는 것이 아니라, 오히려 먼저 광자를 흡수한 다음 상기 에너지의 일부를 후속적으로 이량체화될 반응물에 전달하는 다른 분자(예를 들어, 감광제 또는 매개제)로부터 에너지를 수용함을 의미한다.
개시된 조성물의 일부 실시양태에서 사용하기에 적합한 반응물의 예로는, 이로써 한정하는 것은 아니지만, (i) 반응물로부터 생성물로의 변화에 요구되는 체적 변화가 작게 이량체화되는 것(예를 들어, 반응물의 직접적인 광여기가 아니라 광여기된 감광제로부터 반응물로의 간접적인 "비-방사선 에너지 전달"(본 발명의 경우, 3중항-3중항 에너지 전달) 경로에 의해 이량체화 공정을 겪는 반응물); (ii) 비-선형 감광제가 2개의 광자 과정으로부터 에너지를 받고 상기 에너지를 하나의 반응물로 전달하여, 상기 반응물이 후속적으로 제 2 반응물과 축합하여 생성물을 제공하도록 하는 것; (iii) 중합체 주쇄 상에서 유도되는 경우, 물질의 유용한 용량에 상응하는 매우 큰 굴절률 변화를 제공할 수 있는 것(예를 들어, 85% 초과의 반응물이 생성물로 전환되는 경우, 약 0.008 이상의 Δnmax가 달성될 수 있다); 및 (vi) 중합체 주쇄 상에서 유도되는 경우, 분자간 및 분자내 축합 반응을 겪어, 이들의 소모를 가속화시키고, 감광화 광-반응의 보다 높은 양자 효율의 결과로서 10 J/cm2 미만의 입사 플루언스에 의해 목적하는 굴절률 변화(Δn)를, 예를 들어 상기 조성물을 포함하는 데이터 저장 매체 내에, 제공하는(즉, 다시 말해, 보다 큰 회절 효율 및 보다 짧아진 기록 시간을 제공하는) 것을 들 수 있다.
당해 분야 숙련자가 이해하는 바와 같이, 홀로그래픽 데이터 저장에 필요한 근본적인 요건은 홀로그램 내의 개별 프린지(fringe)의 굴절률 변화(dn)가 주변 물질에 비해 0.005 내지 0.05배 정도 변화될 수 있어야 한다. 그러나, 개별 프린지의 굴절률을 측정하는 것은 가능하지 않다. 굴절률(RI) 측정은 타원계(ellipsometer)로 알려진 기구와 함께 스핀 코팅된 샘플을 사용하여 벌크 재료상에서 행해질 수 있다. 그러므로, 상기 적용에서 사용된 반응성 물질은, 먼저 미반응 샘플의 RI를 측정한 다음, 물질의 85%를 반응된 형태로 전환시키고, RI를 재측정하여 dn을 결정함으로써, 순수 가능한 dn을 결정하기 위한 시험을 한다. 홀로그래픽 데이터 저장에서 홀로그램에 중요한 특징부는 검출기로 반사된(회절된) 충분한 양의 광을 가짐으로써 정보 비트를 표시하는 것이다. 이는 상기 물질의 회절 효율을 측정하여 결정될 수 있다. 실험적으로, 비교적 큰 회절 효율을 기록하기 위해서는, 비교적 낮은 개구수(numerical aperture, NA)의 렌즈를 사용하고 비교적 큰 홀로그램을 기록하는 것이 가장 수월하다. 예를 들어, 결합 파동 이론(coupled wave theory)의 예측에 기초하여, 소정의 굴절률 변조 크기의 경우, DE는 대략 홀로그램 깊이의 제곱에 비례한다. 홀로그램 깊이는 대략 NA2에 역비례하고, 결국 DE는 대략 1/NA4에 비례하게 된다. 그러므로, DE는 무엇보다도 반응 물질의 응답, 사용된 렌즈의 NA, 및 홀로그램 기록에 사용된 플루언스의 함수이다. 이들 변수는 종종 홀로그래픽 데이터 저장에서 실험자들이 작업한 것과 다르기 때문에, 일반적으로 이들 측정치를 dn에 상호 근사시키는 것이 물질/시스템을 비교하는 바람직한 방법으로 인식되고 있다.
감광제의 T1과 T2 상태 간의 3중항 에너지 상태를 갖는 임의의 반응물(들)이 사용될 수 있고, 따라서 적합한 반응물의 선택은 목적하는 감광제의 선택에 따라 달라질 수 있다. 적합한 반응물은 스틸벤을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 본원에 개시된 광 저장 매체에 유용할 것으로 예상되는 스틸벤의 구체적인 예로는, 트랜스-스틸벤, 메타- (또는) 파라-할로겐(F, Cl, Br 또는 I) 치환된 스틸벤, 메타- (또는) 파라 트랜스-메틸스틸벤 트랜스-[메타- (또는) 파라] 시아노스틸벤, 트랜스-[메타- (또는) 파라]-메톡시스틸벤, [3,3'] 또는 [4,4'], 또는 [2,4] 또는 [3,4] 다이메톡시, 다이플루오로, 다이브로모, 다이클로로, 다이요오도, 치환된 트랜스-스틸벤, 트랜스-2,4,6-트라이메틸스틸벤, 트랜스-2,2',4,4',6,6'-헥사메틸스틸벤, 또는 이들의 조합을 포함하나, 이들에 한정되지 않는다.
더욱 구체적으로, 적합한 반응물은 (E)-1-메톡시-4-스티릴벤젠, (E)-1-플루오로-4-스티릴벤젠, (E)-1-클로로-4-스티릴벤젠, (E)-1-브로모-4-스티릴벤젠, (E)-1-요오도-4-스티릴벤젠, (E)-1-메톡시-3-스티릴벤젠, (E)-1-플루오로-3-스티릴벤젠, (E)-1-클로로-3-스티릴벤젠, (E)-1-브로모-3-스티릴벤젠, (E)-1-요오도-3-스티릴벤젠, (E)-1-시아노-4-스티릴벤젠 또는 이들의 조합을 포함한다.
또 다른 적합한 반응물은 (E)-1,2-비스(4-메톡시페닐)에텐, (E)-1,2-비스(4-플루오로페닐)에텐, (E)-1,2-비스(4-클로로페닐)에텐, (E)-1,2-비스(4-브로모페닐)에텐, (E)-1,2-비스(4-요오도페닐)에텐, (E)-1,2-비스(3-메톡시페닐)에텐, (E)-1,2-비스(3-플루오로페닐)에텐, (E)-1,2-비스(3-클로로페닐)에텐, (E)-1,2-비스(3-브로모페닐)에텐, (E)-1,2-비스(3-요오도페닐)에텐 또는 이들의 조합을 포함한다.
또 다른 적합한 반응물은 (E)-1-메톡시-2-(4-메톡시스티릴)벤젠, (E)-1-플루오로-2-(4-플루오로스티릴)벤젠, (E)-1-클로로-2-(4-클로로스티릴)벤젠, (E)-1-브로모-2-(4-브로모스티릴)벤젠, (E)-1-요오도-2-(4-요오도스티릴)벤젠, (E)-1-요오도-2-(4-시아노스티릴)벤젠, (E)-1-메톡시-3-(4-메톡시스티릴)벤젠, (E)-1-플루오로-3-(4-플루오로스티릴)벤젠, (E)-1-클로로-3-(4-클로로스티릴)벤젠, (E)-1-브로모-3-(4-브로모스티릴)벤젠, (E)-1-요오도-3-(4-요오도스티릴)벤젠, (E)-1-요오도-3-(4-시아노스티릴)벤젠, (E)-1-메톡시-2-(3-메톡시스티릴)벤젠, (E)-1-플루오로-2-(3-플루오로스티릴)벤젠, (E)-1-클로로-2-(3-클로로스티릴)벤젠, (E)-1-브로모-2-(3-브로모스티릴)벤젠, (E)-1-요오도-2-(3-요오도스티릴)벤젠, (E)-1-요오도-2-(3-시아노스티릴)벤젠 또는 이들의 조합을 포함한다.
다른 실시양태에서, 반응물(들)은 하나 이상의 신나메이트 물질, 신남아마이드 및 신나메이트 유도체, 예를 들어 최근에 발견된 것으로 "광 데이터 저장 매체 및 이의 사용 방법"이라는 제호 하에 본원과 동일자로 출원된 미국 특허 출원 제 12/550521 호(문서 관리 번호 238407-1, 이의 개시 내용은 본원의 교시 내용과 직접적으로 상충되지 않는 한 임의의 및 모든 목적을 위해 본원에 참고로 인용됨)에 개시된 것들을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서는, [2+2] 간접 광이량체화 및 간접 광중합될 수 있는 신나메이트 물질은, 405 nm에서의 이들의 투과도(무시할만한 UV 흡광도)로 인해, 신나메이트의 선형 블리칭을 최소로 유지하면서 여기된 감광제로부터의 3중항-3중항 에너지 전달을 촉진할 수 있도록 사용될 수 있다. 일부 실시양태에서, 신나메이트 물질은, 바람직하게는 폴리비닐신나메이트의 총 중량을 기준으로 약 54 중량% 내지 약 75 중량%의 폴리비닐 주쇄의 신나메이트 함량을 갖는 폴리비닐신나메이트(PVCm)를 포함할 것이다.
폴리비닐신나메이트 및 신남아마이드 유사체의 예로는, 이로써 한정되는 것은 아니지만, 폴리비닐신나메이트(PVCm), 폴리비닐 4-클로로신나메이트(PVClCm), 폴리비닐 4-메톡시신나메이트(PVMeOCm), (2E,2'E)-((1S,2S)-사이클로헥산-1,2-다이일)비스(3-페닐아크릴레이트), (2E,2'E)-(1S,2S)-사이클로헥산-1,2-다이일)비스(4-클로로페닐아크릴레이트), (2E,2'E)-(1S,2S)-사이클로헥산-1,2-다이일)비스(4-메톡시페닐)아크릴레이트), (2E,2'E)-N,N'-((1S,2S)-사이클로헥산-1,2-다이일)비스(3-페닐)아크릴아마이드 (2E,2'E)-N,N'-((1S,2S)-사이클로헥산-1,2-다이일)비스(3-(4-클로로페닐)아크릴아마이드), (2E,2'E)-N,N'-((1S,2S)-사이클로헥산-1,2-다이아릴)비스(3-(4-메톡시페닐)아크릴아마이드를 들 수 있다. 이들은 하기와 같다:
Figure pat00001
상기 식에서,
R은 H 또는 신나메이트이고,
X는 H(폴리비닐신나메이트(PVCm)), OMe(폴리비닐 4-메톡시신나메이트(PVMeOCm)), 또는 Cl(폴리비닐 4-클로로신나메이트(PVClCm))이다.
Figure pat00002
상기 식에서,
X는 (파라)-H: (2E,2'E)-((1S,2S)-사이클로헥산-1,2-다이일)비스(3-페닐아크릴레이트), 또는 (파라)-Cl: (2E,2'E)-((1S,2S)-사이클로헥산-1,2-다이일)비스(3-(4-클로로페닐)아크릴레이트), 또는 (파라)-MeO:(2E,2'E)-((1S,2S)-사이클로헥산-1,2-다이일)비스(3-(4-메톡시페닐)아크릴레이트)이다.
Figure pat00003
상기 식에서,
X는 (파라)-H: (2E,2'E)-N,N'-((1S,2S)-사이클로헥산-1,2-다이일)비스(3-페닐)아크릴아마이드), 또는 (파라)-Cl:(2E,2'E)-N,N'-((1S,2S)-사이클로헥산-1,2-다이일)비스(3-(4-클로로페닐)아크릴아마이드), 또는 (파라)-MeO:(2E,2'E)-N,N'-((1S,2S)-사이클로헥산-1,2-다이일)비스(3-(4-메톡시페닐) 아크릴아마이드)이다.
반응물은 일반적으로 더욱 효과적인 3중항 에너지 전달을 촉진하기 위해 비교적 고 농도로 존재한다. 예를 들어, 반응물은 조성물의 총 중량을 기준으로 약 2 중량% 내지 약 80 중량%의 양으로 조성물에 존재할 수 있다.
임의로, 상기 조성물은 감광제로부터 반응물로의 상부 3중항 에너지 전달을 보조하는 매개제를 추가로 포함할 수 있다. 상기 매개제의 3중항 상태(T1m)는 바람직하게는 (a) 감광제의 3중항 상태(Tn; n>1)보다는 낮지만 감광제의 T1 보다는 높고 (b) 반응물의 3중항 상태(T1r)보다 높거나, 이상적으로는 약 50 kcal/몰 내지 90 kcal/몰일 것이다.
적합한 매개제의 예로는, 이로써 한정되는 것은 아니지만, 아세토페논(T1은 약 78 kcal/mol), 다이메틸프탈레이트(T1은 약 73 kcal/mol), 프로피오페논(T1은 약 72.8 kcal/mol), 아이소부티로페논(T1은 약 71.9 kcal/mol), 사이클로프로필페닐케톤(T1은 약 71.7 kcal/mol), 디옥시벤조인(T1은 약 71.7 kcal/mol), 카바졸(T1은 약 69.76 kcal/mol), 다이페닐렌옥사이드(T1은 약 69.76 kcal/mol), 다이벤조티오펜(T1은 약 69.5 kcal/mol), 2-다이벤조일벤젠(T1은 약 68.57 kcal/mol), 벤조페논(T1은 약 68 kcal/mol), 폴리비닐벤조페논(T1은 약 68 kcal/mol), 1,4-다이아세틸벤젠(T1은 약 67.38 kcal/mol), 9H-플루오렌(T1은 약 67 kcal/mol), 트라이아세틸벤젠(T1은 약 65.7 kcal/mol), 티오잔톤(T1은 약 65.2 kcal/mol), 바이페닐(T1은 약 65 kcal/mol), 페난트렌(T1은 약 62 kcal/mol), 페난트렌(T1은 약 61.9 kcal/mol), 플라본(T1은 약 61.9 kcal/mol), 1-나프토니트릴(T1은 약 57.2 kcal/mol), 폴리(β-나프토일스티렌)(T1은 약 55.7 kcal/mol), 플루오렌온(T1은 약 55 kcal/mol) 및 이들의 조합을 들 수 있다.
존재하는 경우, 매개제의 양은 자가-소광(self-quenching)(즉, 매개제의 2개의 3중항이 서로 만나 매개제의 1중항 상태 및 바닥 상태를 발생시키는 경우)을 야기할 정도로 높아서는 안 된다. 임의의 매개제의 최적량은 특정 감광제에 좌우될 수도 있다. 이를 고려하면, 매개제의 유효 농도는 조성물의 총 중량을 기준으로 약 1 중량% 내지 약 20 중량%일 수 있다.
제공된 조성물은 그의 특성이 유익을 제공할 수 있는 임의의 용도에서 사용될 수 있다. 이의 예로는 광 도파관, 굴절률 구배 렌즈, 광 데이터 저장 매체 및 디지털 홀로그래픽 이미징을 들 수 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
광 도파관은 광 집적 회로에서의 구성요소로 사용되며 다양한 방법으로 제조될 수 있다. 하나의 방법은 소정의 레이저를 사용하여 소정의 굴절률의 "코어(core)" 물질과 이를 둘러싸는 광을 안내하는 다른 굴절률의 "클래딩(cladding)" 물질을 형성하는 감광성 물질을 패턴화시키는 것이다. 일반적으로, 이들 감광성 물질은 선형 응답성이어서, 도파관 내에서 실제로 이동하는 광의 파장으로부터 충분히 먼 파장 모두에서 굴절률 변화를 겪는 물질의 흡수 및 패터닝 레이저의 파장을 필요로 한다. 이는, 도파된 광이 코어 내에서 이동하는 광과 같거나 거의 같으면 클래딩 물질을 블리칭시키면서 도파관을 넓혀 도파관을 열화시키고 변성시키기 때문에 필요하다. 그러나, 이들 물질을 사용하면, 매체는 패터닝 동안 가장 높은 강도의 빔 영역에서만 변할 것이고, 역치 효과와 함께, 코어와 클래딩 영역 사이에서 보다 가파른 콘트라스트(contrast)를 생성할 수 있다. 또한, 보다 낮은 강도에서 유사한 파장의 광은 코어를 따라 이동하여 클래딩 물질을 열화시키지 않을 것이다. 그러므로, 광 도파관은 본원에 기술된 조성물의 혼입을 통해 개선될 수 있다.
굴절률 구배(GRIN) 렌즈는 또한 본원에 기술된 조성물로부터 제조될 수 있다. GRIN 렌즈는 그의 물질의 굴절률이 매체 내 공간 좌표의 함수로서 계속 변하는 렌즈이다. 본 발명의 조성물을 사용하면, 조성물을 고 전력에서 작동되는 레이저로 패터닝함으로써 GRIN 렌즈로 전환시킬 수 있다. 다르게는, 조성물을 갖는 블랭크 렌즈를 유사한 방식으로 GRIN 렌즈로 변형시킬 수 있다. 이의 장점은 GRIN을 블리칭시키거나 렌즈를 파괴하지 않고 다양한 파장에서 저 전력 광 빔으로 렌즈를 사용할 수 있다는 점이다.
디지털 홀로그래픽 이미징은 특수 안경의 도움 없이 시각화에 유용한 3D 이미지를 생성하는 방식이다(무안경 입체화상 방식(autostereoscopic)). 이는 다양한 각도에서 볼 수 있는, 마천루가 있는 도시와 같은 정부 및 상업 용도의 쌍방향 3D 디스플레이를 제조하는 데 유용하다. 또한, 역치 특성을 갖는 상기 조성물을 사용하면 주변 광에 의한 블리칭 문제없이 적절히 패터닝할 수 있다.
또한, 비선형 감광제, 반응물 및 임의로 매개제에 더하여, 중합체 매트릭스를 추가로 포함하는 광 데이터 저장 매체가 제공된다. 광 데이터 저장 매체는 바람직하게는 화학선에 대해 비-선형 응답을 나타낸다(즉, 역치값 밑에서는 입사 레이저 광에 대해 굴절률의 실질적인 변화가 없으나, 역치값 위에서는 굴절률이 상당히 변한다). 유리하게는, 역치값을 능가하는 파워 또는 강도를 갖는 광에 의해서는 상기 매체에 기록하는 것이 가능하며, 기록된 데이터는 역치값 미만의 강도를 갖는 광에 의해서 반복적으로 및 실질적으로 비-파괴적으로 읽혀질 수 있다. 본 발명의 광 데이터 저장 매체에 기록된 마이크로홀로그램은, 그 크기가 이를 기록하기 위해 사용되었던 빔보다 작을 것으로 예상된다. 마지막으로, 상기 매체는, 약 405 nm에서 화학선을 흡수하여 상기 반응물로의 상부 3중항-3중항 에너지 전달을 유발할 수 있는 감광제를 포함함으로써, 매체의 저장 용량을 최적화하는 한편, 매체를 현재의 통상적인 저장 형태, 예를 들어 블루-레이와 호환가능하게 한다.
광 데이터 저장 매체는 중합체 매트릭스 내에 분산된 비-선형 감광제 및 반응물을 포함한다. 비-선형 감광제는 예를 들어 하나 이상의 광자의 형태로 입사되는 화학선을 흡수할 수 있고, 그 다음 상기 에너지를 반응물 분자에 전달하여, 생성물로의 반응물의 분자 재배열을 유발하여, 결과적으로 상기 매체의 굴절률의 변조가 발생한다. 이러한 변조는 입사 화학선으로부터의 강도 및 위상 정보 모두를 홀로그램으로서 기록한다. 선형 감광제와 달리 비선형(또는 "역치") 감광제 사용의 장점은 도 1a, 1b 및 2를 참고하여 더욱 이해될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 1a는 입사 화학선에 대한 선형 감광성 물질의 응답을 나타내고, 도 1b는 입사 화학선에 대한 역치 물질의 응답을 나타낸다. 도 1a에 나타낸 바와 같이, 선형 감광성 물질은 임의의 파워 밀도(강도)의 기록 광에서 반응을 유발할 것이고, 획득된 굴절률 변화량(Δn)이 상기 물질에 의해 수용된 동일한 방사선 에너지(플루언스)의 경우와 동일할 것이다. 대조적으로, 역치 물질은 기록 광이 특정의 광 강도 이상인 경우, 반응을 일으킬 수 있다.
그 결과, 도 2에 도시한 바와 같이, 선형 감광성 물질을 포함하는 광 데이터 저장 매체(200)에서는, 화학선이 통과하는 실질적으로 모든 곳(섹션(201)으로 표시함)인 비-어드레싱된 체적에서 동력 소모가 발생할 수 있다. 대조적으로, 데이터 저장 매체(200)가 역치 물질을 포함하는 경우, 비-어드레싱된 체적의 동력 소모가 감소 또는 제거되고 소모는 단지 타켓 체적, 즉 화학선의 초점(202)에서만 발생할 것이다. 따라서, 본 발명의 광 데이터 저장 매체에서의 역치 물질의 사용은, 이전에 기록된 데이터 또는 후속적인 기록을 위해 유용한 빈 공간인 인접 층의 파괴 없이, 대부분의 상기 매체에 매립된 비트-단위의 데이터 층으로의 기록을 용이하게 한다. 또한, 정확하게 집속시키는(tightly focused) 레이저 빔의 광 강도가 초점 깊이에 따라 급격하게 변하고 일반적으로 빔 허리부(beam waist)(가장 좁은 단면)에서 최대이기 때문에, 매체의 역치 응답은 빔 허리부의 인접 부근에서만 물질 전환이 발생하도록 자연적으로 제한할 것이다. 이는 각각의 층에서 마이크로홀로그램의 크기를 감소시킬 수 있고, 따라서 본 발명의 매체의 층 데이터 저장 용량의 증가를 용이하게 하여, 상기 매체의 총 데이터 저장 용량도 증가될 수 있다. 또한, 상기 역치 물질을 포함하는 광 데이터 저장 매체는 유리하게는 주변 광에서는 실질적으로 안정적이어서, 주변광 노출이 상기 매체의 실질적인 열화 또는 손상을 유발하지는 않을 것이다.
상기 언급된 바와 같이, 본 발명의 조성물 및 광 데이터 저장 매체에서 사용되는 비-선형 감광제는, 매우 짧은 수명(나노초 내지 수 μ(마이크로) 초)을 갖는 상부 3중항 상태(Tn, 여기서 n>1)로부터 반응물로 에너지를 전달할 수 있다. Tn 상태로부터의 에너지 전달 능력은 본원에 제공된 광 데이터 저장 매체에 비-선형 역치 특성을 제공한다. 즉, Tn 여기 상태 흡수는, 상기 감광제가 고-강도 광, 예를 들어 주변 광보다 2차원 이상의 높은 강도를 갖는 광에 의해 여기되는 경우에만 주목할 만하며, 낮은 에너지 방사선에 노출되는 경우에는 무시할 정도로 작다. 이는, 비-선형 감광제를 포함하는 본 발명의 광 데이터 저장 매체가, 실질적으로 투명하고 낮은 강도의 방사선(예를 들어, 읽기용 광 또는 주변 광)에 대해 불활성이도록 하여, 초점 또는 그 주변에서 높은 에너지 기록 광에 대해서만 이들의 특성(흡광도, 따라서 굴절률)이 변하도록 한다. 그 결과, 본 발명의 광 데이터 저장 매체는 마이크로홀로그래픽 데이터의 비트-단위 기록을 위해 필요하고/하거나 바람직한 역치 거동을 나타낸다.
도 3은 역 포화성 흡수를 나타내는 감광제의 경우, 상부 3중항 Tn 여기 상태 흡수 및 결과적인 에너지 전달을 도시한 개략적인 에너지 준위표이다. 에너지 준위표(300)에 도시한 바와 같이, 화살표(301)는, 광자가 1중항 바닥 상태 S0로부터 제 1 여기 상태 S1으로 전이함에 따른, 광자의 바닥 상태 흡수 단면을 도시한다. 계간 전이율(화살표(302)로 표시함)은, 감광제가 여기 1중항 상태 S1으로부터 상응하는 3중항 상태 T1으로 이동하는 경우 발생하는 에너지 전달을 의미한다. 화살표(303)는 여기된 3중항 상태 흡수 단면을 나타낸다. 일단 상부 준위의 3중항 상태 Tn이 후속적인 선형 흡수에 의해 달성되면, 2가지의 상부 여기 붕괴 과정이 가능하다. 하나의 가능한 붕괴 과정(도 3에서 화살표(304)로 표시됨)은 하부의 T1 상태로의 내부 전환(IC)에 의한 비-방사성 이완이다. 다른 가능한 붕괴 과정은 도 3에서 화살표(305)로 표시하며, 감광제로부터의 에너지 방출 및 상기 에너지의 3중항-3중항 에너지 전달에 의해 반응물로의 에너지 전달을 수반한다. 그 다음, 상기 반응물은 화살표(306)로 표시한 변화를 겪은 후 홀로그래픽 회절격자를 형성하고 상기 데이터를 기록한다.
광 데이터 저장 매체에 사용된 비선형 감광제의 양은 홀로그램을 기록하는 데 사용된 광의 파장에서 그의 광학 밀도에 따라 달라질 수 있다. 또한, 감광제의 용해도가 소정의 인자일 수 있다. 일반적으로, 감광제는 광 데이터 저장 매체의 총 중량을 기준으로 약 0.002 중량% 내지 약 5 중량%의 양으로 사용될 수 있다.
일부 실시양태에서, 광 데이터 저장 매체는 높은 데이터 밀도에서 예를 들어 약 0.005 이상, 또는 약 0.05 이상, 또는 그 초과의 마이크로홀로그램의 기록에 적합한 굴절률 변화(Δn)를 나타낼 것으로 예상된다. 본 발명의 광 데이터 저장 매체에 의해 획득가능한 굴절률 변화/회절 효율로 인해, 상기 매체는 단일 CD 또는 단일 DVD 정도의 크기에 필적하는 디스크에 약 1 TB의 정보를 저장할 수 있다.
또한, 본원에서 제공된 반응물을 사용하면 통상적인 반응물에 비해 복굴절이 유의적으로 감소한다. 마지막으로, 개시된 광학 기록 매체는, 캡쳐된 홀로그래픽 패턴을 희미하게 할 수 있는 주변으로의 신호 누출 및 열 형성을 최소화하면서 높은-해상도의 마이크로홀로그램을 빠르게 형성하는 능력을 제공한다.
상기 반응물은, 중합체 매트릭스 내부의 광학 특성에서의 큰 변화를 달성하고 효율적인 3중항 에너지 전달을 증진시키기 위해 비교적 높은 농도로 일반적으로 존재한다. 예를 들어, 상기 반응물은, 광 데이터 저장 매체의 총 중량을 기준으로 약 2 중량% 내지 약 80 중량%의 양으로 광 데이터 저장 매체에 존재할 수 있다.
반응물(들)은, 통상적인 반응물에 비해, 중합체 주쇄 상에 유도되는 경우에 광 데이터 저장 매체에 보다 큰 담지량(loading)의 가능성을 제공할 수 있다. 즉, 중합체 주쇄 상에서 유도되는 경우, 통상적인 반응물의 담지량은 약 30 중량% 이하로 제한될 수 있는 반면, 본원에서 기술한 신규의 반응물은 광 데이터 저장 매체의 총 중량을 기준으로 약 90 중량%까지의 보다 큰 담지량으로 중합체 주쇄에 담지될 수 있다.
상기 반응물은, 광 데이터 저장 매체의 중합체 매트릭스와, 공유 결합되거나, 다르게는 회합될 수 있다. 예를 들어, 신나메이트로 작용화된 중합체가 중합체 매트릭스로서 사용될 수 있고, 예를 들어 폴리비닐 신나메이트가 쉽게 상업적으로 입수가능하다. 이러한 경우, 광 데이터 저장 매체는 광 데이터 저장 매체의 총 중량을 기준으로 보다 다량의 담지량, 예를 들어 약 90중량%까지의 반응물을 포함할 수 있다.
사용되는 경우, 임의의 바람직한 매개제가 중합체 매트릭스와 공유결합되거나 다르게는 회합될 수 있다. 이러한 방식으로 매개제를 중합체 매트릭스에 혼입시키면 보다 높은 농도의 매개제를 사용할 수 있고, 결과적으로 데이터 저장 매체의 기록 효율을 증가시킬 수 있다.
바람직한 감광제 및 반응물은 중합체 매트릭스에 걸쳐 실질적으로 균일하게 분산될 수 있거나 비트-방식의 데이터 저장이 매체 내에서 용이한 임의의 방식으로 분산될 수 있다. 중합체 매트릭스는 선형, 분지형 또는 가교결합형 중합체 또는 공중합체를 포함할 수 있다. 감광제 및 반응물이 이들 내부에 실질적으로 균일하게 분산될 수 있는 한, 임의의 중합체도 사용될 수 있다. 추가로, 사용되는 임의의 중합체는 상부 3중항 에너지 전달 과정을 실질적으로 방해하지 않는 것이 바람직할 것이다. 중합체 매트릭스는 바람직하게는 광학적으로 투명한 중합체를 포함하거나, 적어도 광 데이터 저장 매체를 기록 및 읽기를 위해 고려되는 파장에서 높은 투과도를 갖는다.
중합체 매트릭스에서 사용하기에 적합한 중합체의 구체적인 예로는, 이로써 한정되는 것은 아니지만, 폴리(알킬 메타크릴레이트), 예를 들어 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA), 폴리비닐 알콜, 폴리(알킬 아크릴레이트), 폴리스티렌, 폴리카보네이트, 폴리 아크릴레이트, 폴리(비닐리덴 클로라이드), 폴리(비닐 아세테이트) 등을 들 수 있다.
중합체 매트릭스는 또한 가소화제, 예를 들어 다이부틸 프탈레이트, 다이부틸 세바케이트 또는 다이(2-에틸벡시)아디페이트를 함유할 수 있다. 가소화제는 분자 운동을 용이하게 함으로써 기록 효율을 개선시킬 수 있다. 전형적인 가소화제의 함량은, 저장 매체의 총 중량을 기준으로 약 1 중량% 내지 약 20 중량%, 또는 약 2 중량% 내지 약 10 중량%이다.
본원에 개시된 광 데이터 저장 매체는 자가-지지 형태일 수 있다. 또는, 데이터 저장 매체는 지지 물질, 예를 들어 폴리메틸(메타크릴레이트)(PMMA), 폴리카보네이트, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 폴리(에틸렌 나프탈레이트), 폴리스티렌 또는 셀룰로스 아세테이트에 코팅될 수 있다. 지지 물질의 사용이 바람직할 수 있는 실시양태에서, 무기 지지 물질, 예를 들어 유리, 석영, 또는 규소도 사용될 수 있다.
이러한 실시양태에서, 광 데이터 저장 매체의 지지체로의 접착을 개선시키기 위해, 지지 물질의 표면이 처리될 수 있다. 예를 들어, 지지 물질의 표면은, 광 데이터 저장 매체를 적용하기 전에, 코로나 방출에 의해 처리될 수 있다. 다르게는, 하부코팅(undercoating), 예를 들어 할로겐화 페놀 또는 부분적으로 수소화된 비닐 클로라이드-비닐 아세테이트 공중합체를 지지체 물질에 적용하여 이에 대한 저장 매체의 접착력을 증가시킬 수 있다.
일반적으로, 본원에서 기술된 광 데이타 저장 매체는, 원하는 감광제, 반응물, 매개제(요구되는 경우) 및 중합체 매트릭스를 블렌딩시킴으로써 제조될 수 있다. 이들의 비율은 넓은 범위에서 변할 수 있고, 블렌딩의 최적의 비율 및 방법은 당해 분야 숙련자들에 의해 용이하게 결정될 수 있다. 예를 들어, 감광제는, 광 데이터 저장 매체의 총 중량을 기준으로 약 0.01 중량% 내지 약 90 중량%의 농도로 존재할 수 있고, 반응물은 약 2 중량% 내지 약 80 중량% 또는 약 90 중량% 이하의 양으로 존재할 수 있다.
실시예 1 - 백금- 에티닐 착체의 합성
출발 화학물질: 칼륨 테트라클로로플라티네이트, 트라이-n-부틸포스핀, CuI, 페닐아세틸렌, 4-요오도-(트라이메틸실일에티닐)벤젠, 다이클로로비스(트라이페닐포스핀)팔라듐(II), 다이에틸아민, 4-에티닐 바이페닐, 4-에티닐-1-아니졸(모두 알드리치(Aldrich)로부터 구매함)을 받은 그대로 사용하였다.
시스 - PtCl 2 ( PBu 3 ) 2 (3). 칼륨 테트라클로로플라티네이트(5.063 g, 12.197 mmol) 및 물(60 g, 3.33 mol)을 250 mL 3목 환저 플라스크에 첨가하였다. 100 mL의 다이클로로메탄(134.1 g, 1.56 mol)에 용해시킨 트라이-n-부틸포스핀(5.148 g, 25.44 mmol)의 용액을 상기 수용액에 부었다. 2개 상이 형성되었고, 5분 후, 생성물이 형성됨에 따라 유기층이 밝은 연어 핑크 색상으로 전개되었다. 혼합물을 오버헤드 교반기를 사용하여 밤새 격렬히 교반하였다. 연어-핑크 유기층을 분별 깔대기를 사용하여 수집하고 수성 층을 다이클로로메탄으로 추가로 추출하였다. 조합된 유기 샘플을 농축시켜, 시스와 트랜스 이성질체들의 혼합물로서 8.061 g(99%)의 생성물을 밝은 황색 고체로서 수득하였다: 1H NMR (C6D6) d: 2.01 (m, 12H), 1.72 (m, 12H), 1.49 (m, 12H), 1.02-0.91 (m, 18H). 13C{1H} NMR (C6D6) 26.03, 24.37, 20.67, 13.76. 31P (CDCl3) 2.06 - 시스.
반응 시간 및 조업 과정에 따라, 모든 시스, 또는 시스와 트랜스 이성질체들의 혼합물을 수득하였고 그 비율은 31P and/or 195Pt NMR 분광법을 사용하여 결정할 수 있었다. 시스→트랜스의 열 이성질화는 그의 녹는점(144℃)보다 높은 온도에서 일어나는 것으로 보고되었다. 그러나, 말단 아세틸렌과 3 또는 4의 커플링 반응은 출발 물질 중의 임의의 시스 이성질체로부터 열역학적으로 보다 안정한 트랜스 화합물을 생성하는 것으로 후속 실험을 통해 확인하였다.
도 4는 평가용으로 제조된 두 부류의 백금 화합물에 대한 기본 구조를 나타낸 것이다. 하기 기재된 이들 특정 분자들 각각은 또한 식별자로서 약어를 사용하였다. 이들을 상기 구조들 아래에 나타내었고 본원에 일반적으로 사용하였다. 6c에 대한 명명 프로토콜은 일련의 페닐페닐에티닐(PPE)에 대한 것이고 PE2는 일련의 두-페닐에티닐 잔기에 대한 것이다.
염기성 PE2 화합물 외에도, 일련의 치환된 PE2를 제조하였다. 총 3-단계 과정을 도 5에 나타내었다. 파라-위치에서 하기의 R 기를 갖는 화합물에 대해 실험하였다: 수소(PE2), 불소(F-PE2), n-부틸(n-Bu-PE2), 메톡시(MeO-PE2), 메틸(Me-PE2) 및 다이메틸아미노(DMA-PE2). 추가로, 3,5-다이메톡시 유사체는 도면에 도시하지 않았다. 다음과 같이 합성하였다. 78 간의 탈수소할로겐화 및 C-C 결합 형성에 의해 다이알킨(9)을 양호한 수율로 용이하게 수득하였다. 실릴 기의 탈보호 후에 팔라듐 촉매 반응을 실시하여 원하는 백금 화합물(6)을 수득하였다.
비스(1- 에티닐 -4-(4- 바이페닐에티닐 )벤젠) 비스 (트라이-n- 부틸포스핀 ) Pt ( II ) (PPE)(6c). 트랜스-다이클로로비스(트라이-n-부틸포스핀) 백금(II)(1.761 g, 2.626 mmol)을 3목 환저 플라스크(100 mL)에 첨가한 후 CuI(0.005 g, 0.026 mmol), 4-에티닐 바이페닐(1.001 g, 5.616 mmol) 및 다이에틸아민(65 mL, 592 mmol)을 첨가하였다. 황색 용액을 N2 하에 밤새 교반하였다. 용매를 증발시켰더니 황색 고체가 남았고, 이를 헥산/벤젠에 재용해시키고 알루미나(헥산/벤젠(1:1))를 통해 여과시켰다. 용매를 증발시켜 밝은 황색 결정을 수득하였다(1.878 g, 75%). 1H NMR (CDCl3) d: 7.61 (d, J = 7.3 Hz, 4H), 7.49 (d, J = 7.3 Hz, 4H), 7.44 (t, J = 7.8 Hz, 4H), 7.37 (m, 6H), 2.19 (m, 12H), 1.66 (m, 12H), 1.49 (m, 12H), 0.97 (t, J = 7.1 Hz, 18H).
(4- 페닐에티닐 ) 트라이메틸실일에티닐벤젠 (9). 500 mL 모톤(Morton) 환저 플라스크에 4-요오도-(트라이메틸실일에티닐)벤젠(8)(2.19 g, 7.29 mmol)을 첨가한 후, CuI(0.13 g, 0.67 mmol), 다이클로로비스(트라이페닐페닐포스핀)팔라듐(II)(0.089 g, 0.13 mmol) 및 100 mL의 트라이에틸아민을 첨가하였다. 온도를 환류 하에 증가시키면서 반응을 N2 하에 교반하였다. 트라이에틸아민(10 mL) 중의 페닐아세틸렌(7) 용액을 적가하였더니 상기 용액이 불투명에서 투명한 황색을 거쳐 짙은 녹색으로 변하였다. 3일 후, 반응 혼합물을 주위 온도로 냉각시키고 다이클로로메탄과 헥산의 혼합물을 반응 플라스크에 첨가하였다. 혼합물을 셀라이트(Celite™)를 통해 여과시킨 다음, 포화 NH4Cl로 세척하였다. 수성 층을 다이클로로메탄으로 추출하고 유기층을 조합시키고 MgSO4로 건조시키고 진공 농축시켰다. 조질 생성물을 컬럼 크로마토그래피(SiO2/헥산)로 정제하여 황금색 분말을 수득하였다(1.915 g, 95%). 1H NMR (CDCl3) d: 7.56 (m, 2H), 7.48 (m, 4H), 7.37 (m. 3H), 0.28 (s, 9H).
(4- 페닐에티닐 ) 에티닐벤젠 . (4-페닐에티닐)트라이메틸실일-에티닐벤젠(0.999 g, 3.64 mmol)을 메탄올(90 mL)에 용해시키고, 여기에 10 mL의 1 N NaOH 수용액을 첨가하고 실온에서 교반하였다. 45분 후, 용매를 증발시키고 10 mL의 1 N HCl을 첨가한 다음 혼합물을 60 mL의 다이클로로메탄으로 추출하고 물로 (2회) 세척하고 MgSO4로 건조하였다. 용매를 진공 하에 제거하였더니, 적갈색 고체가 남았다. 조질 생성물을 플래시 크로마토그래피(SiO2/헥산)로 정제하여 백색 고체(0.444 g)를 68% 수율로 수득하였다. 1H NMR (CDCl3) d: 7.56 (m, 2H), 7.50 (m, 4H), 7.37 (m, 3H), 3.20 (s, 1H).
비스(1-에티닐-4-(페닐에티닐)벤젠)비스(트 라이-n-부틸)포스핀) Pt ( II )( PE2 ). 1-에티닐-4-(페닐에티닐)벤젠(1.39 g, 6.9 mmol) 및 트랜스-다이클로로비스(트라이-n-부틸포스핀)백금(II)(2.31 g, 3.45 mmol)을 250 mL 3목 환저 플라스크에 첨가한 후 CuI(25 mg, 0.13 mmol) 및 다이에틸아민(75 mL)을 첨가하였다. 혼합물을 N2 하에 밤새 주위 온도에서 교반한 다음 여과 및 농축시켜 황색 고체를 수득하였다. 상기 고체를 EtOAc로 재결정화하여 황색 고체로서 단리된 0.61 g(18%)의 생성물을 수득하였다. 1H NMR (CDCl3) δ: 7.53 (m, 4H), 7.4 0 (m, 10H), 7.26 (t, J = 8.2 Hz, 4H), 2.15 (m, 12H), 1.64 (m, 12H), 1.49 (m, 12H), 0.95 (t, J = 7.3 Hz, 18H). 13C{1H} NMR (CDCl3): 131.5, 131.2, 130.7, 129.1, 128.3, 123.6, 119.2, 111.8, 109.4, 90.0, 89.8, 26.4, 24.4 (t, J = 7.3 Hz), 24.0 (t, J = 17.2 Hz) ppm.
1-( 트라이메틸실일에티닐 )-4-(4- 플루오로페닐에티닐 )벤젠. 4-요오도페닐트라이메틸 실일아세틸렌(2.6 g, 8.7 mmol), 4-플루오로페닐아세틸렌(1.07 g, 8.8 mmol), CuI(18 mg, 0.09 mmol), 비스(트라이페닐포스핀)팔라듐(II)다이클로라이드(0.18 g, 0.26 mmol), 트라이에틸아민(20 mL) 및 THF(25 mL)를 함께 첨가하고 20시간 동안 N2 하에서 주위 온도에서 교반하였다. 반응 혼합물을 여과하여 고체를 제거하고 THF(10 mL)로 세척하고 농축시켜 건조하였다. 조질 생성물을 헥산으로부터 재결정하여 2.22 g(87%)의 생성물을 수득하였다. mp 144-146℃. 1H NMR (CDCl3) δ: 7.54 (m, 2H), 7.46 (m, 4H), 7.07 (mt, J= 8.6 Hz, 2H), 0.28 (s, 9H). 13C{1H} NMR (CDCl3): 162.6 (J = 249.6 Hz), 133.5 (J = 8.1Hz), 131.9, 131.3, 123.1, 123.0, 119.1 (J = 3.6 Hz), 115.7 (J = 22.0 Hz), 104.6, 96.3, 90.2, 88.7, -0.1 ppm.
1- 에티닐 -4-(4- 플루오로페닐에티닐 )벤젠. 1-(트라이메틸실일에티닐)-4-(4-플루오로페닐에티닐)벤젠(2.2 g, 7.5 mmol)을 CH2Cl2(30 mL)에 용해시키고 MeOH(30 mL)로 희석시킨 다음 K2CO3(2.1 g, 15 mmol) 분말로 처리하고 N2 하에 20시간 동안 주위 온도에서 교반하였다. 반응 혼합물을 여과하여 고체를 제거하고 농축시키고 CH2Cl2에 재용해시키고 물(2x) 및 염수로 세척하고 MgSO4로 건조하고 여과하고 농축 건조시켜 1.43 g(87%)의 생성물을 수득하고, 이를 그대로 다음 반응에 사용하였다. 1H NMR (CDCl3) δ: 7.54 (m, 2H), 7.49 (m, 4H); 7.05 (t, J = 8.4 Hz, 2H); 3.20 (s, 1H). 13C{1H} NMR (CDCl3): 162.6 (J = 250.3 Hz), 133.6 (J = 8.0 Hz), 132.1, 131.4, 123.6, 122.0, 119.1 (J = 3.6 Hz), 115.7 (J = 32.0 Hz), 90.3, 88.6, 83.3, 79.0 ppm.
비스(1- 에티닐 -4-(4- 플루오로페닐에티닐 )벤젠) 비스 (트라이-n- 부틸포스핀 )( P t)(II) (F- PE2 ). 1-에티닐-4-(4-플루오로페닐에티닐)벤젠(1.4 g, 6.35 mmol) 및 트랜스-다이클로로비스(트라이-n-부틸포스핀)백금(II)(2.13 g, 3.18 mmol)을 함께 첨가한 후, CuI(25 mg, 0.13 mmol) 및 다이에틸아민(70 mL)을 첨가하였다. 혼합물을 N2 하에 45시간 동안 주위 온도에서 교반하였고, 이 시간 동안 고체가 형성되었다. 그 후, 여과시키고 농축시켜 고체를 수득하였다. 고체를 여과에 의해 제거하고 여액을 농축하고 CHCl3에 재용해시키고 물(2x) 및 염수로 세척하고 MgSO4로 건조하고 여과하고 농축하고 EtOAc로부터 재결정화하였다. 원래의 고체가 또한 생성물로 확인되었다. EtOAc로부터 생성물이 총 수율은 1.30 g(79%)이었다. mp 149-151℃. 1H NMR (CDCl3) δ: 7.51 (m, 4H); 7.39 (m, 4H); 7.25 (d, J = 8.1 Hz, 4H); 7.08 (m, 4H); 2.1 (m, 12H); 1.63 (m, 12H); 1.48 (m, 12H), 0.95 (t, J=7.2 Hz, 18H). 13C{1H} NMR (CDCl3): 162.4 (J = 249 Hz), 133.6 (J = 8.0 Hz), 131.34, 131.18, 130.95, 130.71, 129.2, 119.4 (J = 67 Hz), 115.7 (J = 22 Hz), 111.9, 109.3, 89.7, 88.7, 26.7, 24.4 (J = 7.6 Hz), 23.96 (J = 17.6 Hz), 13.8 ppm.
1-( 트라이메틸실일에티닐 )-4-(4-n- 부틸페닐에티닐 )벤젠. 4-요오도페닐트라이메틸 실일아세틸렌(5.0 g, 16.6 mmol), 4-n-부틸페닐아세틸렌(2.67 g, 16.0 mmol), CuI(32 mg, 0.16 mmol), 비스(트라이페닐포스핀)팔라듐(II)다이클로라이드(0.35 g, 0.48 mmol), 트라이에틸아민(50 mL) 및 THF(50 mL)를 함께 첨가하고 18시간 동안 N2 하에 주위 온도에서 교반하였다. 반응 혼합물을 여과하여 고체를 제거하고 농축하여 건조시키고 CHCl3에 재용해시키고 물(2x) 및 염수로 세척하고 MgSO4로 건조하고 여과하고 농축하고 헥산으로부터 재결정화하여 2.10 g(40%)의 생성물을 수득하였다. 조질 생성물을 또한 MeOH로 세척하여 정제하였다. 이에 의해 1.94 g의 추가적인 생성물을 총 수율 79%로 수득하였다. 1H NMR (CDCl3) δ: 7.46 (m, 6H), 7.20 (d, J= 8.1 Hz, 2H); 2.63 (t, J = 7.6 Hz, 2H); 1.62 (m, 2H); 1.38 (m, 2H); 0.95 (t, J = 7.2 Hz, 3H); 0.28 (s, 9H). 13C{1H} NMR (CDCl3): 143.7, 131.9, 131.6, 131.3, 128.5, 123.6, 122.7, 120.1, 104.7, 96.1, 91.6, 88.4, 35.6, 33.4, 22.3, 14.0, -0.1 ppm.
1- 에티닐 -4-(4-n- 부틸페닐에티닐 )벤젠. 1-(트라이메틸실일에티닐)-4-(4-n-q부틸페닐에티닐)벤젠(3.92 g, 11.86 mmol)을 CH2Cl2(100 mL)에 용해시키고 MeOH(40 mL)로 희석시킨 다음 K2CO3(2.1 g, 15 mmol) 분말로 처리하고 N2 하에 19시간 동안 주위 온도에서 교반하였다. 반응 혼합물을 여과하여 고체를 제거하고 농축시키고 CHCl3에 재용해시키고 물(2x) 및 염수로 세척하고 MgSO4로 건조하고 여과하고 농축 건조시켜 갈색 고체를 수득하였다. 고체를 실리카 겔 크로마토그래피(15:1의 헥산/EtOAc)로 정제하여 생성물에 풍부한 수개 분획을 수득하였다. 이들 분획을 조합하고 다시 95:5의 헥산/EtOAc에 의한 크로마토그래피 분석에 의해 0.25 g(7%)의 생성물을 왁스형 고체로 수득하였다. 1H NMR (CDCl3) δ: 7.50 (s, 4H), 7.47 (d, J = 8.2 Hz, 2H); 7.21 (d, J = 8.2 Hz, 2H); 3.20 (s, 1H); 2.63 (t, J = 7.8 Hz, 2H); 1.64 (m, 2H); 1.41 (m, 2H); 0.97 (t, J = 7.5 Hz, 3H). 13C{1H} NMR (CDCl3): 143.8, 132.1, 11.6, 131.4, 128.6, 124.1, 121.6, 120.0, 91.7, 88.2, 83.4, 78.8, 35.6, 33.4, 22.2, 14.0 ppm.
비스(1- 에티닐 -4-(4-n- 부틸페닐에티닐 )벤젠) 비스 (트라이-n- 부틸포스핀 )( Pt )(II) (n- Bu - PE2 ). 1-에티닐-4-(4-n-부틸페닐에티닐)벤젠(0.24 g, 0.81 mmol) 및 트랜스-다이클로로비스(트라이-n-부틸포스핀)백금(II)(0.27 g, 0.41 mmol)을 함께 첨가한 후, CuI(10 mg) 및 다이에틸아민(20 mL)을 첨가하였다. 혼합물을 N2 하에 70시간 동안 주위 온도에서 교반하였다. 반응을 농축하고 메탄올로 2회 공비혼합시켰다. 잔사를 2:1의 헥산/CH2Cl2에 용해시키고 물로 3회 세척하였다. 최종 세척수는 중성의 pH였다. 용액을 농축시키고 생성물을 EtOAc/MeOH로부터 재결정화시켰다. 용매를 제거하고 결정을 2:1의 MeOH/EtOAc로 3회 세척하였다. 건조 후, 164 mg(35%)의 밝은 갈색 생성물을 수득하였다. 1H NMR (CDCl3) δ: 7.44 (d, 4H); 7.38 (d, 4H); 7.24 (d, 4H); 7.17 (d, 4H); 2.64 (3, 4H); 2.14 (m, 12H); 1.62 (m, 16H); 1.55-1.35 (16H); 0.96 (m, 24H)
1-( 트라이메틸실일에티닐 )-4-(p- 메톡시페닐에티닐 )벤젠. 50 mL 환저 플라스크에 10 mL의 THF 및 10 mL의 트라이에틸아민 중의 0.72 g(0.0054 mol)의 p-메톡시페닐아세틸렌, 1.51 g(0.005 mol)의 4-요오도페닐트라이메틸실일아세틸렌, 0.0102 g(0.0053 mmol)의 CuI, 0.102 g(0.146 mmol)의 비스(트라이페닐포스핀)팔라듐(II)다이클로라이드의 혼합물을 충전하였다. 밝은 적갈색 혼합물을 3일 동안 질소 하에 실온에서 교반하였다. 이어서, 반응 혼합물을 여과하고 그 여액을 감압 하에 농축하였다. 잔사를 10 mL의 클로로포름에 재용해시키고 용액을 물로 2회(각각 10 mL씩) 세척한 다음 무수 MgSO4로 건조하고 여과하고 농축하였다. 1.5 g(98.7% 수율)의 고체를 수득하였다. 1HNMR: 0.28ppm (s, 9H); 3.85ppm (s, 3H); 6.90ppm (d, 2H); 7.45ppm (s, 4H); 7.48ppm (d, 2H).
1- 에티닐 -4-(p- 메톡시페닐에티닐 )벤젠. 100 mL 환저 플라스크에 1.5 g(0.0049 mol)의 1-(트라이메틸실일에티닐)-4-(p-메톡시페닐에티닐)벤젠, 1.36 g(0.0098 mol)의 탄산 칼륨, 20 mL의 메탄올 및 20 mL의 메틸렌 클로라이드를 충전하였다. 혼합물을 밤새 질소 하에 실온에서 교반하였다. 짙은 갈색 현탁액을 여과하고 메틸렌 클로라이드 용액을 물로 2회(각각 10 mL씩) 세척하였다. 수성 층을 조합하고 메틸렌 클로라이드로 2회(각각 10 mL씩) 추출하였다. 유기층을 조합하고 무수 MgSO4로 건조하고 여과하고 농축하였다. 0.62 g(54.9% 수율)의 고체를 수득하였다. 1HNMR은 표적 생성물이 주성분으로 나타났다. 이러한 조질 고체를 정제 없이 다음 단계에서 사용하였다.
비스(1- 에티닐 -4-(p- 메톡시페닐에티닐 )벤젠) 비스 (트라이-N- 부틸포스핀 ) Pt ( I I)(MeO-PE2). 100 mL 플라스크에, 30 mL의 다이에틸아민 중의 0.62 g(0.0027 mol)의 1-에티닐-4-(p-메톡시페닐에티닐)벤젠, 0.89 g(0.00134 mol)의 트랜스-다이클로로-비스(트라이-n-부틸포스핀)백금(II), 0.012 g(0.063 mmol)의 CuI를 충전하였다. 혼합물을 밤새 실온에서 교반하였다. 반응 혼합물을 여과하고 고체를 메틸렌 클로라이드로 세척하였다. 여액을 농축하였다. 붉은 계열의 갈색 오일을 수득하였다. 조질 생성물을 실리카 겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 0.49 g의 순수 성분을 수득하였다. 1HNMR 및 MS 모두 상기 성분이 실제로 클로로-(1-에티닐-4-(p-메톡시페닐에티닐)벤젠)비스(트라이-n-부틸포스핀)Pt(II)임을 나타내었다. 반응은 완료되지 않았다.
1-( 트라이메틸실일에티닐 )-4-(4- 메틸페닐에티닐 )벤젠. 50 mL 환저 플라스크에 10 mL의 THF 및 10 mL의 트라이에틸아민 중의 0.64 g(0.0054 mol)의 4-메틸페닐아세틸렌, 1.50 g(0.005 mol)의 4-요오도페닐트라이메틸실일아세틸렌, 0.011 g(0.0058 mmol)의 CuI, 0.103 g(0.146 mmol)의 비스(트라이페닐포스핀)팔라듐(II)다이클로라이드의 혼합물을 충전하였다. 고체가 형성되기 시작할 때, 갈색 용액이 오렌지-옐로우 현탁액으로 변하였다. 혼합물을 3일 동안 질소 하에 실온에서 교반하고 여과하고 여액을 감압 하에 농축하였다. 잔사를 25 mL의 클로로포름에 재용해시키고 용액을 물로 2회(각각 15 mL씩) 세척한 다음 무수 MgSO4로 건조하고 여과하고 농축하였다. 1.43 g(정량적 수율)의 고체를 수득하였다. 1HNMR은 약 10%의 부산물의 존재를 확인하였다. 고체 생성물을 추가 정제 없이 다음 단계에 사용하였다.
1- 에티닐 -4-(4- 메틸페닐에티닐 )벤젠. 100 mL 환저 플라스크에 1.43 g(0.005 mol)의 1-(트라이메틸실일에티닐)-4-(4-메틸페닐에티닐)벤젠, 1.37 g(0.01 mol)의 탄산 칼륨, 20 mL의 메탄올 및 20 mL의 메틸렌 클로라이드를 충전하였다. 혼합물을 밤새 질소 하에 실온에서 교반하였다. 짙은 갈색 현탁액을 여과하고 여액을 물로 2회(각각 20 mL씩) 세척하였다. 수성 층을 조합하고 메틸렌 클로라이드로 2회(각각 10 mL씩) 추출하였다. 메틸렌 클로라이드 층을 조합하고 무수 MgSO4로 건조하고 여과하고 농축하였다. 0.7 g(73.1% 수율)의 갈색 계열의 황색 고체를 수득하였다. 1HNMR: 2.40ppm (2,3H); 3.19ppm (s, 1H); 7.15-7.18ppm (d, 2H); 7.43-7.46ppm (d, 2H); 7.49 (s, 4H). NMR은 일부 부산물이 존재하고 있음을 나타내었다. 이를 추가 정제 없이 다음 단계에 사용하였다.
비스(1- 에티닐 -4-(4- 메틸페닐에티닐 )벤젠) 비스 (트라이-n- 부틸포스핀 ) Pt ( II )(Me-PE2). 100 mL 플라스크에, 45 mL의 다이에틸아민 중의 0.72 g(0.0033 mol)의 1-에티닐-4-(4-메틸페닐에티닐)벤젠, 1.12 g(0.0017 mol)의 트랜스-다이클로로-비스(트라이-n-부틸포스핀)플라티네이트(II), 0.014 g(0.074 mmol)의 CuI의 혼합물을 충전하였다. 진흙 갈색의 현탁액을 실온에서 밤새 교반하였다. 반응 혼합물(짙은 황색 현탁액)을 여과하고 고체를 메틸렌 클로라이드로 세척하였다. 여액을 농축하였다. 1.0 g의 고무질 붉은 계열의 갈색 잔사를 수득하였다. 조질 생성물을 에틸 아세테이트(10 mL)로부터의 재결정화에 의해 정제하였다. 0.21 g(12.3% 수율)의 황색 결정을 수득하였다. 1.9ppm (m, 18H); 1.4-1.6ppm(m, 24H); 2.0-2.2ppm (m, 12H); 2.40ppm (*s, 6H); 7.14-7.44ppm (방향족, 16H); m.p. 144-148℃.
1-( 트라이메틸실일에티닐 )-4-(3,5- 다이메톡시페닐에티닐 )벤젠. 100 mL 환저 플라스크에, 15 mL의 THF 및 15 mL의 트라이에틸아민 중의 1.31 g(0.0081 mol)의 3,5-다이메톡시페닐아세틸렌, 2.25 g(0.0075 mmol)의 4-요오도페닐-트라이메틸실일아세틸렌, 0.016 g(0.084 mmol)의 CuI, 0.155 g(0.22 mmol)의 비스(트라이페닐포스핀)팔라듐(II)다이클로라이드(0.35 g, 0.48 mmol)의 혼합물을 충전하였다. 밝은 갈색 용액이 수 분 내에 현탁액으로 변하였다. 약 40분 후, 반응 혼합물은 일부 백색 ppt를 갖는 오렌지 용액으로 변하였다. TLC로 반응을 확인하였다. 혼합물을 밤새 질소 하에 실온에서 교반하였다. TLC는 여전히 출발 물질의 존재를 나타내었다. 반응을 실온에서 밤새 계속하여 교반하였다. 더 이상 반응이 일어나지 않았다. 이어서, 50℃에서 밤새 교반하였다. TLC는 단지 소량의 출발 물질이 존재함을 확인시켰다. 이어서, 반응을 종결하고 반응 혼합물을 여과하고 여액을 감압 하에 농축하였다. 잔사를 15 mL의 클로로포름에 재용해시키고 용액을 물로 2회(각각 15 mL씩) 세척하고 무수 MgSO4로 건조하고 여과하고 농축하였다. 2.27 g(90.4% 수율)의 고체를 수득하였다. 1 HNMR: 0.26ppm (s, 9H); 3.83ppm (s, 6H); 6.49ppm (s, 1H); 6.70ppm (s, 2H); 7.47ppm (s, 4H).
1- 에티닐 -4-(3,5- 다이메톡시페닐에티닐 )벤젠. 100 mL 환저 플라스크에, 2.27 g(0.0068 mol)의 1-(트라이메틸실일에티닐)-4-(3,5-다이메톡시페닐에티닐)벤젠, 1.88 g(0.0136 mmol)의 탄산 칼륨, 30 mL의 메탄올 및 30 mL의 메틸렌 클로라이드의 혼합물을 충전하였다. 혼합물을 질소 하에 밤새 실온에서 교반하였다. 짙은 갈색 현탁액을 알루미나 층을 통해 여과하여 일부 색상을 제거하고 잔존 짙은 색상의 여액을 물로 2회(각각 30 mL씩) 세척하였다. 수성 층을 조합하고 메틸렌 클로라이드로 2회(각각 20 mL씩) 추출하였다. 메틸렌 클로라이드 층을 조합하고 무수 MgSO4로 건조하고 여과하고 농축하였다. 1.13 g의 갈색 오일을 수득하였다. 1:10의 EtOAc:헥산을 용리 용매로 사용하여 예비 LC로 조질 오일을 정제하여, 240 mg(13.5% 수율)의 황색 고체를 수득하였다. 1HNMR: 3.20ppm (s, 1H); 3.83ppm (s, 6H); 6.50ppm (t, 1H); 6.71ppm (d, 2H); 7.50ppm (s, 4H).
비스(1- 에티닐 -4-(3,5- 다이메톡시페닐에티닐 )벤젠) 비스 (트라이-n- 부틸포스 핀) Pt ( II )(3,5- diMeO - PE2 ). 25 mL 플라스크에, 7 mL의 다이에틸아민 중의 119.5 mg(0.456 mmol)의 1-에티닐-4-(3,5-다이메톡시페닐에티닐)벤젠, 0.152 g(0.228 mmol)의 트랜스-다이클로로-비스(트라이-n-부틸포스핀)플라티네이트(II), 0.003 g(0.0157 mmol)의 CuI를 충전하였다. 반응 혼합물을 실온에서 교반하였더니, 약간 녹색 계열의 황색 혼탁 혼합물로 변하였다. 반응은 실온에서 밤새 진행되었다. NMR은 반응이 완료되지 않았음을 나타내었다. 또 다른 24시간 동안 실온에서 계속 교반하였고 NMR은 더 이상 반응이 진행하지 않았음을 나타내었다. 반응 혼합물을 여과하고 고체를 메틸렌 클로라이드로 세척하였다. 여액을 농축하였다. 240 mg의 갈색 반-고체를 수득하였다. 1:4의 EtOAc:헥산을 용리 용매로 사용하여 예비 LC로 조질 생성물을 정제하여, 61 mg의 순수한 백색 고체를 수득하였다. 1HNMR: 0.95ppm (t, 18H); 1.46-1.62ppm (m, 24H); 2.14ppm (m, 12H); 3.83ppm (s, 12H); 6.47ppm( t, 2H); 6.69ppm (d,4H);7.23ppm (d, 4H); 7.38ppm (d, 4H).
1-( 트라이메틸실일에티닐 )-4-(4-N,N- 다이메틸아미노페닐에티닐 )벤젠. 100 mL 환저 플라스크에, 15 mL의 THF 및 15 mL의 트라이에틸아민 중의 1.17 g(0.0081 mol)의 4-N,N-다이메틸아미노페닐아세틸렌, 2.25 g(0.0075 mol)의 4-요오도페닐-트라이메틸실일아세틸렌, 0.015 g(0.075 mmol)의 CuI, 0.155 g(0.219 mmol)의 비스(트라이페닐포스핀)-팔라듐(II)다이클로라이드의 혼합물을 충전하였다. 밝은 갈색 현탁액을 실온에서 밤새 교반하였다. TLC는 출발 물질의 존재를 나타내었다. 반응은 실온에서 추가 24시간 동안 계속되었고 더 이상의 반응은 관찰되지 않았다. 이어서, 밤새 50℃에서 교반하였다. TLC는 단지 소량의 출발 물질이 존재함을 나타내었다. 반응을 종결하고 반응 혼합물을 여과하고 여액을 감압 하에 농축하였다. 잔사를 15 mL의 클로로포름에 재용해시키고 용액을 물로 2회(각각 15 mL씩) 세척하고 무수 MgSO4로 건조하고 여과하고 농축하였다. 2.26 g(94.9% 수율)의 고체를 수득하였다. 1HNMR: 0.28ppm (s, 9H); 3.02ppm (s, 6H); 6.69ppm (d, 2H); 7.41ppm (d, 2H); 7.44ppm (s, 4H).
1- 에티닐 -4-(4-N,N- 다이메틸아미노페닐에티닐 )벤젠. 100 mL 환저 플라스크에, 2.26 g(0.0071 mol)의 1-(트라이메틸실일에티닐)-4-(4-N,N-다이메틸아미노페닐에티닐)벤젠, 1.97 g(0.0143 mol)의 탄산 칼륨, 30 mL의 메탄올 및 30 mL의 메틸렌 클로라이드의 혼합물을 충전하였다. 혼합물을 질소 하에 밤새 실온에서 교반하였다. 짙은 갈색 현탁액을 여과하고 여액을 물로 2회(각각 30 mL씩) 세척하였다. 수성 층을 조합하고 메틸렌 클로라이드로 2회(각각 20 mL씩) 추출하였다. 메틸렌 클로라이드 층을 조합하고 무수 MgSO4로 건조하고 여과하고 농축하였다. 1.0 g의 갈색 계열의 황색 고체를 수득하였다. 예비 LC로 조질 생성물을 정제하여, 280 mg의 정제된 생성물을 수거하였다. EtOAc/헥산으로부터의 재결정화에 의해 추가 정제하여 112 mg(5.4% 수율)의 순수한 생성물을 수득하였다. 1HNMR: 3.02ppm (s, 6H); 3.17ppm (s, 1H); 6.69ppm (d, 2H); 7.41ppm (d, 2H); 7.46ppm (s, 4H).
비스(1- 에티닐 -4-(4-N,N- 다이메틸아미노페닐에티닐 )벤젠) 비스 (트라이-n- 부틸 포스핀) Pt ( II )( DMA - PE2 ). 25 mL 플라스크에, 7 mL의 다이에틸아민 중의 112 mg(0.457 mmol)의 1-에티닐-4-(4-N,N-다이메틸아미노페닐에티닐)벤젠, 0.152 g(0.227 mmol)의 트랜스-다이클로로-비스(트라이-n-부틸포스핀)플라티네이트(II), 0.003 g(0.0157 mmol)의 CuI의 혼합물을 충전하였다. 황색 현탁액을 실온에서 밤새 교반하였다. 반응 혼합물을 여과하고 여액을 농축하였다. 164 mg의 짙은 황색 반-고체를 수득하였다. 예비 LC로 조질 생성물 정제하여, 84 mg(33.7%)의 순수한 생성물을 수득하였다. 1HNMR: 0.96ppm (t, 18H); 1.47ppm (m, 24H); 2.03ppm (m, 12H); 3.00ppm (s, 12H); 6.68ppm ( d, 4H); 7.36ppm (d, 8H); 7.40ppm( d, 4H).
실시예 2: 선형 광학 측정
상기 언급된 바와 같이, 청색 RSA 염료의 경우 405 nm에서 최소 흡광도가 요구된다. UV-Vis 스펙트럼은 실시예 1에 따라 제조된 백금-에티닐 착체에 대한 것이고, 흡광도를 파장 함수로서의 소광 계수로 전환시킴으로써 상기 흡광도를 정규화하였다. 본 실시예의 데이터를 표 1에 요약하였다.
Pt-착체 lmax/nmb emax/M-1cm-1b e405nm/M-1cm-1c
PE2 356 87561 51
PPE 331 75939 111
모든 측정은 벤젠에서 수행되었다. blmax 및 emax는 PPE에 대해서는 벤젠에서 측정되었고 PE2에 대해서는 클로로포름에서 측정되었다. 405 nm에서 c소광 계수는 농축액(약 10-2 내지 10-3 M)을 사용하여 계산하였다.
실시예 3: 비선형 광학 측정
Pt-착체의 비-선형성을 결정하기 위해 비선형 흡광 실험을 수행하였다. 상기 측정은 405 nm 파장에서 동작하는 5 ns 펄스 조정가능한 레이저 시스템을 사용하여 행하였다. Z-스캔은 물질 흡광도의 비-선형성을 분석하기 위한 통상적인 비선형-광학 기법 중 하나로서 예컨대 문헌["Nonlinear Optics of Organic Molecules and Polymers", Edited by H.S. Nalwa and S. Miyata, CRC Press 1997]에 개시되어 있다. 간단히 말해서, Z-스캔은, 정초점 레이저 빔을 통해 샘플을 이동시켜 샘플 상의 광 강도를 변화시키는 것으로서 샘플의 투과도 변화를 위치의 함수로서 측정하는 기법이다. 다르게는, 샘플을 가변적 파워의 정초점 펄스 레이저 빔에 적용시키고, 상기 레이저 파장에서의 투과도를 입사 광선의 광 강도(광학 플럭스)의 함수로서 직접적으로 측정할 수 있다. 두 접근법은, 염료 투과도의 입사 광 강도에 대한 의존성에 따른 것이며, 이는 염료 투과도의 비선형 광학 응답을 구성한다.
이어서, 이러한 의존성을 분석하여 백금 에티닐 착체의 거동을 특징짓는 두 변수들을 얻었다: 역치 강도(Ith) - 비선형 응답이 "켜짐(turn on)"으로 되는 에너지 플럭스, 및 "k 값" - 고- 및 저-강도 흡광 단면들 간의 달성가능한 비율을 나타내는 증강 인자. 이들 변수는 염료 특성을 이용할 수 있는 광학 파워의 범위 및 역 포화성 흡광 과정이 얼마나 효율적인가를 정의한다. 목표는 역치 값을 최소화하고 k 값을 최대화하는 것이다.
염료 농도는 약 0.8 내지 0.9의 투과도를 달성하도록 선택되었다. 다이클로로벤젠을 용매로 사용하고 백금 에티닐 착체와 혼합 후, 용액을 여과하고 1 mm 큐벳에 놓고 Z-스캔하였다.
도 6a 내지 6b는 레이저 강도 변화에 따른 PE2(6a) 및 PPE(6b) 염료에 대한 정규 투과도 대 펄스 에너지 데이터를 나타낸 것이다. 이들 데이터는 정규 투과도의 Z-위치에 따른 의존성으로부터 획득되었다. 이들 그래프에서 알 수 있는 바와 같이, 낮은 펄스 에너지에서는 매우 낮은 준위의 빔이 흡수되고 광의 대부분은 샘플을 통해 투과되었다. 그러나, 펄스 에너지가 증가할수록 더욱더 많은 광이 흡수되고, 따라서 투과된 광량은 적다(이는 염료의 비선형 효과를 입증한다). RSA 거동을 보이지 않는 화합물들은 보다 높은 펄스 에너지에서 투과된 광의 강하를 보이지 않을 것이다. 각 플롯 내 여러 선들은 동일한 개별 화합물들에 대한 여러 실험들을 나타낸다. 표 2는 Z-스캔으로부터 수득된 데이터를 요약한 것이다.
소광 계수(@405 nm) 1/M/cm Ith +/- dI k +/- dk
PE2 231.1 101 4 3 0.05
PPE 105.7 161 58 4.2 0.8
표 2에 나타낸 바와 같이, PE2 및 PPE는 저 k 값의 비-선형 특성을 나타낸다. 이는 상기 염료들이 낮은 흡수 단면 증강을 가짐을 의미한다. 그러나, 상기 역치 강도(이 강도를 초과해서는 더 높은 Tn 3중항 상태가 여기되기 시작함)는 약 100 MW/㎠의 허용가능한 바람직한 에너지를 나타낸다.
실시예 3은 연구된 백금-에티닐 착체가 u-홀로그램 기록 매체에 대한 중요한 성분으로 간주될 만큼 충분한 비-선형 광 특성을 나타냄을 보이고 있다.
실시예 4 내지 6: 마이크로홀로그램 기록
샘플 제조
마이크로홀로그램을 입증하면서 마이크로홀로그램을 기록한 후의 반사율을 기록하기 위한 박막 샘플을 하기와 같이 제조하였다.
실시예 4: 백금 에티닐 / 스틸벤 / PMMA
PMMA(0.870 g)과 트랜스-스틸벤(80 mg) 및 0.5 중량%의 PPE(트랜스-비스(트라이부틸포스핀)비스(4-에티닐바이페닐)백금)의 용액을 다이클로로에탄/메틸렌 클로라이드 용매 혼합물(15 g, 2:8 v/v)을 용매로 사용하여 제조하였다. 용액을 0.45 ㎛ 필터를 사용하여 여과하고 유리판 셋업(glass plate setup) 위의 유리 테두리(5 cm 직경)에 붓고 약 45℃로 유지된 열판에서 5시간 동안 건조하고 밤새 약 75℃에서 건조하였다. 열판에서의 건조 후, 상기 필름을 유리판에서 제거하고 6시간 동안 60℃에서 진공 건조하였다.
실시예 5: 백금 에티닐 /폴리비닐신나메이트( PVCm )
1 g의 68중량% 신나메이트 함유 PVCm(MW 100,000)을 1:1의 다이클로로에탄/메틸렌 클로라이드에 용해시켰다. 0.5 중량%의 PPE(트랜스-비스(트라이부틸포스핀)비스(4-에티닐바이페닐)백금)을 첨가하고, 70℃로 유지된 열판에서 가열하면서 교반기로 상기 물질들을 용해시켰다. 그 다음, 0.450 mm의 주사기 필터를 사용하여 상기 용액을 여과하고, 여과된 용액을, 유리판 셋업 위의 유리 테두리(5cm의 직경)에 붓고, 12시간 동안 45℃로, 밤새 75℃로 유지된 열판 상에서 건조시켰다. 열판에서의 건조 후, 필름을 유리판으로부터 제거하고 6시간 동안 70℃에서 진공하에서 건조시켰다.
실시예 6: 백금 에티닐 /폴리비닐신나메이트( PVCm )
1 g의 68중량% 신나메이트 함유 PVCm(MW 100,000)을 1:1의 다이클로로에탄/메틸렌 클로라이드에 용해시켰다. 1.5 중량%의 PE2(트랜스-비스(트라이부틸포스핀)비스(4-에티닐-1-(2-페닐에티닐)벤젠)백금)을 첨가하고, 70℃로 유지된 열판에서 가열하면서 교반기로 상기 물질들을 용해시켰다. 그 다음, 0.450 mm의 주사기 필터를 사용하여 상기 용액을 여과하고, 여과된 용액을, 유리판 셋업 위의 유리 테두리(5cm의 직경)에 붓고, 12시간 동안 45℃로, 밤새 75℃로 유지된 열판 상에서 건조시켰다. 열판에서의 건조 후, 필름을 유리판으로부터 제거하고 6시간 동안 70℃에서 진공하에서 건조시켰다.
마이크로홀로그램 기록
405nm 파장에서 작동하는, 조정가능한 광학적 변수 진동기(optical parametric oscillator) 시스템을, 마이크로-홀로그램 기록 및 재생을 위한 펄스 광원으로서 사용하였다. 상기 광은, 0.16의 개구수(NA)를 갖는 광학기기(optics)를 사용하여 매체 샘플에 광을 집속시켜, 기록 체적의 대략적인 크기가 1.6 x 1.6 x 17 ㎛이 되도록 하였다. 마이크로-홀로그램 기록을 위해 사용된 펄스 에너지는 수 십 내지 수 백의 나노-줄(Joule)이고, 이는 이러한 집속 기록 빔의 초점에서 수백 MW/cm2 내지 수 GW/cm2의 광 강도 값이 달성되도록 하였다. 마이크로-홀로그램으로부터 반사된 광의 재생은, 기록 파워에 비해 약 100 내지 1000배로 약화시킨 동일한 빔을 사용하여 수행하였다.
대부분의 기록 매체에 집속되고 중첩된 2개의 고 강도 역전파(counter propagating) 펄스 기록 빔에 의해 광 데이터 저장 매체에 μ-홀로그램을 기록하여, 밝은 부분과 어두운 부분(프린지(fringe))으로 구성된 강한 프린지 패턴을 제조하였다. 간섭 패턴의 조사 영역은 전술한 바와 같은 변화를 겪어서, 상기 물질의 편재된 굴절률 개질을 유발하고, 어두운 영역은 온전히 유지되어, 체적 홀로그램을 형성한다. 본 발명의 역치 광 데이터 저장 매체는 고-강도의 광에 민감하지만, 낮은 강도 방사선에 대해서는 비교적 불활성이다. 기록 빔의 파워는, 상기 빔의 초점 영역 부근의 광 강도가 기록 역치보다 높고(변화를 용이하게 유발하는 강도보다 높고), 상기 빔의 초점으로부터 먼 기록가능한 영역 밖에서는 낮게 유지되어, 의도하지 않은 매체 개질(기록 또는 삭제)을 배제하였다.
μ-홀로그램 기록 동안, 반파장판(λ/2) 및 제 1 편광 빔 스플리터를 사용하여 일차적인 기록 빔을 신호 빔과 기준 빔으로 나눴다. 2개의 이차적인 빔은 역전파 구조로 샘플로 나아가고, 0.4 이하의 개구수(NA)를 갖는 동일한 비구면 렌즈에 의해 대부분의 광 데이터 저장 매체에서 중첩되도록 집속시켰다. 2종의 빔의 편광을, 2개의 사분파장판(λ/4)으로 원형 편광으로 전환시켜, 상기 빔들이 간섭하여 높은-콘트라스트의 프린지 패턴을 형성하는 것을 보장하였다. 상기 샘플 및 신호 빔 렌즈를, 25 nm 해상도를 갖는 폐 루프 3축 위치결정 스테이지(closed-loop three-axis positioning stage)에 장착하였다. 상기 샘플의 기준측 위의 위치-감수성 검출기를 사용하여, 상기 매체 내 집속 신호 빔 및 기준 빔의 최적화 중첩을 위해 신호 렌즈를 배열하고, 이로써 기록을 최적화하였다.
가변적 감쇠기 및 반파장판/PBS 조립체를 사용하여 기록 및/또는 재생 동안 파워 수준을 조절하였다. 이는, 광 데이터 저장 매체의 μ-홀로그래픽 기록 특징을 기록 파워 및/또는 에너지의 함수로서 측정하는 것을 허용한다. 이러한 기능적 의존성은, 선형 광 데이터 저장 매체/기록(여기서, 기록된 홀로그램의 강도는 매체에 의해 수용된 광 에너지의 총량으로 주로 한정되지만 광 강도와는 독립적이다)와 비선형 역치 광 데이터 저장 매체/기록(여기서, 기록 효율은 광의 강도에 매우 의존적이다)을 구별한다. 선형 매체에서, 적은 노출은 낮은 강도 홀로그램을 유발하고, 노출이 많아질수록 점차적으로 성장한다. 대조적으로, 비선형 역치 매체에서, 기록은 역치 값을 초과하는 강도에 의해서만 가능하다.
재생 동안에는, 신호 빔이 차단되고, 기준 빔이 입사 방향의 반대 방향으로 μ-홀로그램에 의해 반사된다. 상기 반사된 빔은 사분파장판 및 제 2 편광 빔 스플리터를 사용하여 입사 빔 경로로부터 커플링되고, 공초점 구조에서 보정된 광다이오드 상에 수집되어, 회절 효율의 절대 측정치를 제공한다. 재생 광학장치에 따라 샘플을 해석함으로써, 마이크로-홀로그램 회절 응답의 3D 프로파일을 수득하고, 마이크로-홀로그램의 크기를 평가하는 것이 가능하다.
실시예 4의 경우, 회절 효율은 기록 플루언스에 따라 약 0.03% 내지 약 0.26%일 것으로 예상된다. 실시예 5의 경우, 회절 효율은 0.43%이었고, 실시예 6의 경우, 회절 효율은 0.031%이었다.
본 발명의 단지 특정 특징만을 본원에서 설명하고 기술하고 있지만, 당해 분야 숙련자들에게 많은 개질 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위는, 본 발명의 진정한 진의에 속한다면, 이러한 모든 개질 및 변형을 포함하고자 함이 이해되어야만 하다.

Claims (10)

  1. 3중항(triplet) 여기시 광화학 변화를 겪을 수 있는 반응물; 및
    405 nm에서 화학선을 흡수하여 상기 반응물로의 상부 3중항 에너지 전달을 유발할 수 있는 하나 이상의 백금 에티닐 착체를 포함하는 비-선형 감광제
    를 포함하는 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 트랜스-백금 에티닐 착체가 비스(트라이부틸포스핀)비스(4-에티닐바이페닐)백금(PPE) 및 비스(트라이부틸포스핀)비스(4-에티닐-1-(2-페닐에티닐)벤젠)백금(PE2), 비스(1-에티닐-4-(4-n-부틸페닐에티닐)벤젠)비스(트라이-n-부틸포스핀)Pt(II)(n-부틸-PE2), 비스(1-에티닐-4-(4-플루오로페닐에티닐)벤젠)비스(트라이-n-부틸포스핀)Pt(II)(F-PE2), 비스(1-에티닐-4-(4-메톡시페닐에티닐)벤젠)비스(트라이-n-부틸포스핀)Pt(II)(MeO-PE2), 비스(1-에티닐-4-(4-메틸페닐에티닐)벤젠)비스(트라이-n-부틸포스핀)Pt(II)(Me-PE2), 비스(1-에티닐-4-(3,5-다이메톡시페닐에티닐)벤젠)비스(트라이-n-부틸포스핀)Pt(II)(3,5-diMeO-PE2), 비스(1-에티닐-4-(4-N,N-다이메틸아미노페닐에티닐)벤젠)비스(트라이-n-부틸포스핀)Pt(II)(DMA-PE2), 또는 이들의 조합을 포함하는, 조성물.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 백금 에티닐 착체가 PPE, PE2, 또는 이들의 조합을 포함하는, 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응물이 스틸벤 유도체, 신나메이트 유도체, 신남아마이드 유도체 또는 이들의 조합을 포함하는, 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    중합체 매트릭스를 추가로 포함하고, 도파관, 광 데이터 저장 매체, 굴절률-구배(GRIN) 렌즈로서, 또는 디지털 홀로그래픽 이미징(holographic imaging)에 사용하기에 적합한, 조성물.
  6. 중합체 매트릭스;
    3중항 여기시 광화학 변화를 겪을 수 있는 반응물; 및
    405 nm에서 화학선을 흡수하여 상기 반응물로의 상부 3중항 에너지 전달을 유발할 수 있는 하나 이상의 백금 에티닐 착체를 포함하는 비-선형 감광제
    를 포함하는 광 데이터 저장 매체.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 백금 에티닐 착체가 PPE, PE2, 또는 이들의 조합을 포함하는, 광 데이터 저장 매체.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 반응물이 신나메이트, 신나메이트 유도체, 신남아마이드 유도체 또는 이들의 조합을 포함하는, 광 데이터 저장 매체.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 신나메이트, 신나메이트 유도체 또는 신남아마이드 유도체가, 폴리비닐신나메이트(PVCm), 폴리비닐 4-클로로신나메이트(PVClCm), 폴리비닐 4-메톡시신나메이트(PVMeOCm), (2E,2'E)-((1S,2S)-사이클로헥산-1,2-다이일)비스(3-페닐아크릴레이트), (2E,2'E)-(1S,2S)-사이클로헥산-1,2-다이일)비스(4-클로로페닐아크릴레이트), (2E,2'E)-(1S,2S)-사이클로헥산-1,2-다이일)비스(4-메톡시페닐)아크릴레이트, (2E,2'E)-N,N'-((1S,2S)-사이클로헥산-1,2-다이일)비스(3-페닐)아크릴아마이드, (2E,2'E)-N,N'-((1S,2S)-사이클로헥산-1,2-다이일)비스(3-(4-클로로페닐)아크릴아마이드), (2E,2'E)-N,N'-((1S,2S)-사이클로헥산-1,2-다이아릴)비스(3-(4-메톡시페닐)아크릴아마이드, 또는 이들의 조합을 포함하는, 광 데이터 저장 매체.
  10. 중합체 매트릭스; 3중항 여기시 광화학 변화를 겪어 굴절률 변화를 유발할 수 있는 반응물; 및 화학선을 흡수하여 상기 반응물로의 상부 3중항 에너지 전달을 유발할 수 있는 하나 이상의 백금 에티닐 착체를 포함하는 비-선형 감광제를 포함하는 광 데이터 저장 매체를 제공하는 단계; 및
    상기 광 데이터 저장 매체에 마이크로홀로그램(microhologram)을 기록하는 단계
    를 포함하는, 광 데이터 저장 방법.
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