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バンド伝導性有機半導体におけるキャリア散乱の測定と制御

Research Project

Project/Area Number 16J06592
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Condensed matter physics II
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

鶴見 淳人  東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2016-04-22 – 2018-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help
¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
Fiscal Year 2017: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2016: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Keywords有機半導体 / 低周波ラマン分光 / 常磁性共鳴 / 電子スピン共鳴 / スピン緩和機構
Outline of Annual Research Achievements

有機半導体はπ共役分子が分子間力によって弱く凝集した固体である。有機半導体中の伝導キャリアは、分子振動の影響で無機半導体よりも数十倍の頻度で散乱しているという特徴があり、電気伝導の理解には散乱の影響を考慮することが重要である。
本研究では、低周波ラマン分光を用いることで、有機半導体の低エネルギーの分子振動を直接観測することに成功した。また、外力を加えることで有機半導体の単結晶に一軸性の歪みを加えると、低エネルギーの分子振動が大きく抑制できることを確認した。以前、有機半導体の単結晶に一軸性歪みを加えると移動度が70%程度向上することを報告したが、その原因が分子振動の抑制によるものであることの裏付けとなった。
また、ドーパント分子によって高密度にキャリアドープした有機半導体において、電子スピン共鳴(ESR)の温度依存性を測定し、有機半導体においてフェルミ縮退が生じることを発見した。本研究では、今回当グループで開発した新奇のドーピング手法を用いることで、有機半導体に10の13乗毎平方センチメートル程度キャリアをドーピングした。これは、MIS構造の固体ゲートによって注入できるキャリア量の約10倍に当たる。磁化率は室温ではキュリー則に近い温度依存性を示したが低温になるにつれ、金属的なパウリ常磁性を示した。パウリ常磁性が確認されたという事実は、有機半導体において金属的な非局在キャリア状態とフェルミ面が存在するフェルミ縮退の状態にあることを意味する。また、このことからESR測定という手法が有機半導体の金属絶縁体転移の研究に有用な手法であることを示すことができた。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2018 2017 2016

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 2 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Coexistence of ultra-long spin relaxation time and coherent charge transport in organic single-crystal semiconductors2017

    • Author(s)
      Junto Tsurumi, Hiroyuki Matsui, Takayoshi Kubo, Roger Hausermann, Chikahiko Mitsui, Toshihiro Okamoto, Shun Watanabe, and Jun Takeya,
    • Journal Title

      Nature Physics

      Volume: 13 Issue: 10 Pages: 994-998

    • DOI

      10.1038/nphys4217

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Control of molecular doping in conjugated polymers by thermal annealing2017

    • Author(s)
      R. Fujimoto, S. Watanabe, Y. Yamashita, J. Tsurumi, H. Matsui, T. Kushida, C. Mitsui, H. T. Yi, V. Podzorov, J. Takeya
    • Journal Title

      Org. Electron.

      Volume: 47 Pages: 139-146

    • DOI

      10.1016/j.orgel.2017.05.019

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 化学ドープされた有機半導体単結晶のフェルミ縮退2018

    • Author(s)
      鶴見淳人、袴谷凌平、山下侑、岡本敏宏、渡邉峻一郎、竹谷純一
    • Organizer
      日本物理学会第73回年次大会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Coexistence of Ultra-Long Spin Relaxation Time and Band-Like Charge Transport in Organic Single-Crystalline Semiconductors2018

    • Author(s)
      J. Tsurumi, T. Kubo, T. Okamoto, S. Watanabe, J. Takeya
    • Organizer
      2018 MRS Spring Meeting & Exhibit
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 有機半導体単結晶における長スピン寿命とバンド伝導性の共存2017

    • Author(s)
      鶴見淳人、窪孝祥、三津井親彦、岡本敏宏、渡邉峻一郎、竹谷純一
    • Organizer
      応用物理学会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜
    • Year and Date
      2017-03-14
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 有機半導体単結晶で両立した長スピン寿命とバンド伝導性2017

    • Author(s)
      鶴見淳人、窪孝祥、岡本敏宏、渡邉峻一郎、竹谷純一
    • Organizer
      日本物理学会2017年秋季大会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 有機半導体単結晶の歪み下における低周波ラマン分光2016

    • Author(s)
      鶴見淳人、窪孝祥、石井宏幸、渡邉峻一郎、三津井親彦、岡本敏宏、竹谷純一
    • Organizer
      日本物理学会
    • Place of Presentation
      金沢大学 角間キャンパス
    • Year and Date
      2016-09-21
    • Related Report
      2016 Annual Research Report

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Published: 2016-05-17   Modified: 2024-03-26  

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