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Order-N charge transport calculations for small molecule and polymer organic semiconductors

Research Project

Project/Area Number 15H05418
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Applied materials
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

Ishii Hiroyuki  筑波大学, 数理物質系, 助教 (00585127)

Research Collaborator Yanagisawa Susumu  
Takeya Jun-ichi  
Project Period (FY) 2015-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥20,670,000 (Direct Cost: ¥15,900,000、Indirect Cost: ¥4,770,000)
Fiscal Year 2017: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000)
Fiscal Year 2016: ¥8,840,000 (Direct Cost: ¥6,800,000、Indirect Cost: ¥2,040,000)
Fiscal Year 2015: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Keywords電気伝導 / 有機半導体 / シミュレーション / 低分子系 / 電子伝導 / 高分子系 / 電子伝導理論 / Hall効果 / 計算物理 / 基準振動解析 / 分子性固体 / 電子・電気材料 / 半導体物性 / 物性理論
Outline of Final Research Achievements

Microscopic understanding of charge-transport properties of organic semiconductors is very important to develop new organic molecules with high performance. However, traditional theoretical methods cannot explain experimentally observed transport prpoerties. To solve the problem, I developed a new transport simulation method, called 'Time-Dependent Wave Packet Diffusion' method. It enable us to quantitately evaluate the mobility and its temperature dependence of organic semiconductor and understand the transport mechanism from an atomistic viewpoints.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

プリンテッドエレクトロニクスのための新しい有機半導体の開発において、移動度はもっとも重要な物性の1つである。開発した「時間依存波束拡散法」は、分子が時々刻々変化するという特徴を取り込んだ新しい計算理論で、有機半導体のような柔らかい材料の移動度評価を可能にした。伝統的な無機半導体とは違う有機半導体に特徴的な伝導理論を構築したことは学術的意義は大きい。また、結晶構造予測と連携させて、分子の化学構造式から移動度の予測を可能にした。この計算技術の進歩は、材料開発のコスト削減など社会的意義も大きい。

Report

(4 results)
  • 2018 Final Research Report ( PDF )
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • 2015 Annual Research Report
  • Research Products

    (21 results)

All 2018 2017 2016 2015 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 3 results) Book (1 results) Remarks (3 results)

  • [Journal Article] Zigzag-Elongated Fused π-Electronic Core: A Molecular Design Strategy to Maximize Charge-Carrier Mobility2017

    • Author(s)
      Akito Yamamoto, Yoshinori Murata, Chikahiko Mitsui, Hiroyuki Ishii,* Masakazu Yamagishi, Masafumi Yano, Hiroyasu Sato, Akihito Yamano, Jun Takeya, and Toshihiro Okamoto
    • Journal Title

      Advanced Science

      Volume: 5 Issue: 1 Pages: 1700317-1700317

    • DOI

      10.1002/advs.201700317

    • NAID

      120007133962

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] High performance solution-crystallized thin-film transistors based on V-shaped thieno[3,2-f:4,5-f']-bis[1]benzothiophene semiconductors2017

    • Author(s)
      C.Mitsui, H. Tsuyama, R. Shikata, Y. Murata, H. Kuniyasu, M. Yamagishi, H. Ishii, A. Yamamoto, Y. Hirose, M. Yano, T. Takehara, T. Suzuki, H. Sato, A. Yamano, E. Fukuzaki, T. Watanabe, Y. Usami, J. Takeya, T. Okamoto
    • Journal Title

      Journal of Materials Chemistry C

      Volume: 5 Issue: 8 Pages: 1903-1909

    • DOI

      10.1039/c6tc04721a

    • Related Report
      2017 Annual Research Report 2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Oxygen- and sulfur-bridged bianthracene v-shaped organic semiconductors2017

    • Author(s)
      Chikahiko Mitsui, Masakazu Yamagishi, Ryoji Shikata, Hiroyuki Ishii, Takeshi Matsushita, Katsumasa Nakahara, Masafumi Yano, Hiroyasu Sato, Akihito Yamano, Jun Takeya, and Toshihiro Okamoto
    • Journal Title

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      Volume: 90 Issue: 8 Pages: 931-938

    • DOI

      10.1246/bcsj.20170030

    • NAID

      130005973689

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Charge transport calculations by a wave-packet dynamical approach using maximally localized Wannier functions based on density functional theory:Application to high-mobility organic semiconductors2017

    • Author(s)
      H. Ishii, N. Kobayashi, K. Hirose
    • Journal Title

      Phys. Rev. B

      Volume: 95 Issue: 3 Pages: 035433-035433

    • DOI

      10.1103/physrevb.95.035433

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] 有機半導体の電子伝導とその理論2016

    • Author(s)
      石井宏幸
    • Journal Title

      電気学会誌

      Volume: 136 Pages: 434-437

    • NAID

      130005159296

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      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 低分子系および高分子系有機半導体におけるキャリア伝導計算2018

    • Author(s)
      石井宏幸、新津直幸、小林伸彦、広瀬賢二、渡邉峻一郎、岡本敏宏、竹谷純一
    • Organizer
      日本物理学会 2017年第73回年次大会 東京理科大学 野田キャンパス 2018年3月22日~25日
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 有機半導体の有効質量におけるNHOMOの効果2018

    • Author(s)
      黒田悠暉、石井宏幸、小林伸彦
    • Organizer
      日本物理学会 2017年第73回年次大会 東京理科大学 野田キャンパス 2018年3月22日~25日
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 機械学習による有機半導体の構造研究2018

    • Author(s)
      新津直幸、石井宏幸、小林伸彦、広瀬賢二、熊谷翔平、鶴見淳人、渡邉峻一郎、岡本敏宏、竹谷純一
    • Organizer
      日本物理学会 2017年第73回年次大会 東京理科大学 野田キャンパス 2018年3月22日~25日
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      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 有機半導体の電子伝導計算のための波束拡散法とTransient localization model2017

    • Author(s)
      石井宏幸、小林伸彦、広瀬賢二
    • Organizer
      日本物理学会 第72回年次大会
    • Place of Presentation
      大阪大学 豊中キャンパス、大阪府豊中市
    • Year and Date
      2017-03-17
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      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 第一原理計算に基づく量子波束ダイナミクスを用いた様々な有機半導体の移動度評価2017

    • Author(s)
      石井宏幸、小林伸彦
    • Organizer
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜、神奈川県横浜市
    • Year and Date
      2017-03-14
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      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Evaluation of Mobility for Various Organic Semiconductors using Quantum Dynamics based on First-Principles Calculations2017

    • Author(s)
      H. Ishii, N. Kobayashi and K. Hirose
    • Organizer
      9th International Conference on Materials for Advanced Technologies (ICMAT2017), Suntec, Singapore, Jun. 18th - 23rd, 2017.
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 波束拡散法によるカーボンナノチューブと有機半導体の電子伝導計算2017

    • Author(s)
      石井宏幸、小林伸彦、広瀬賢二
    • Organizer
      日本物理学会 2017年秋季大会 岩手大学 上田キャンパス 2017年9月21日-9月24日
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 基準振動解析を用いた有機半導体のキャリア伝導計算2016

    • Author(s)
      石井宏幸、小林伸彦、広瀬賢二
    • Organizer
      日本物理学会 2016年秋季大会
    • Place of Presentation
      金沢大学 角間キャンパス、石川県金沢市
    • Year and Date
      2016-09-13
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Charge transport calculations using wave-packet dynamics based on density functional theory for organic semiconductors2016

    • Author(s)
      Hiroyuki Ishii
    • Organizer
      EMN Meeting on Organic Electronics and Photonics
    • Place of Presentation
      San-Sebastian, Spain
    • Year and Date
      2016-09-09
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 高移動度有機半導体開発のための大規模伝導計算 ~揺らぐ分子・結晶構造中の電子の流れ~2016

    • Author(s)
      石井宏幸
    • Organizer
      2016年第11回有機デバイス院生研究会
    • Place of Presentation
      千葉大学 西千葉キャンパス、千葉県千葉市
    • Year and Date
      2016-07-06
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 高移動度有機半導体開発のための大規模伝導計算 ~揺らぐ分子・結晶構造中の電子の流れ~2015

    • Author(s)
      石井宏幸
    • Organizer
      5th CSJ化学フェスタ 2015
    • Place of Presentation
      タワーホール船堀(東京都、江戸川区)
    • Year and Date
      2015-10-13
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Transport calculations of charge carrier coupled with molecular vibrations of organic semiconductors2015

    • Author(s)
      Hiroyuki Ishii, Nobuhiko Kobayashi, Kenji Hirose
    • Organizer
      European Conference on Surface Science (ECOSS-31)
    • Place of Presentation
      バルセロナ(スペイン)
    • Year and Date
      2015-08-31
    • Related Report
      2015 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Book] Molecular technology: Energy Innovation2018

    • Author(s)
      Editor: Hisashi Yamamoto, Takashi Kato 第1章執筆 Hiroyuki Ishii
    • Total Pages
      400
    • Publisher
      Wiley
    • ISBN
      9783527802784
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Remarks] 石井宏幸のホームページ

    • URL

      http://www.bk.tsukuba.ac.jp/~ishii/index.html

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Remarks] 石井宏幸のホームページ

    • URL

      http://www.bk.tsukuba.ac.jp/~ishii/

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Remarks] 石井宏幸のホームページ

    • URL

      http://www.bk.tsukuba.ac.jp/~ishii/index.html#achievement

    • Related Report
      2015 Annual Research Report

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Published: 2015-04-16   Modified: 2020-03-30  

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