Highly oriented J-aggregates induced by atomic grooves on poly(tetrafluoroethylene) surfaces

• Project/Area Number: 17K04996
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Nanomaterials chemistry
• Research Institution: Fukushima National College of Technology
• Principal Investigator: Tanaka Toshihiko 福島工業高等専門学校, 化学・バイオ工学科, 教授 (10709819)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 梅澤 洋史 福島工業高等専門学校, 化学・バイオ工学科, 准教授 (20369929) ; 青山 哲也 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 専任研究員 (50342738)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2017: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
• Keywords: J会合体 / ポリテトラフルオロエチレン / 配向 / 光学顕微鏡 / 色素 / 薄膜 / 分子配向 / 分子動力学 / シミュレーション / 二色性色素 / 原子溝 / ナノ・マイクロ科学 / ナノ表面・界面

Outline of Final Research Achievements

A system has been developed here to measure the 2D distribution of the J-aggregates grown locally in the thin films of dye molecules. it clarified that local J-aggregates are grown in the films of 12 dye compounds. Furthermore, we have reached the following conclusion from the observations together with the results of crystal structures we determined :there are intrinsic and extrinsic effects in the growth of the J-aggregates. The interaction between dye molecules should account for the former and the environment from the substrate surface including PTFE alignment layer should account for the latter.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は薄膜の成長条件などの工夫によって従来認識されているよりも広い範囲の分子性物質からJ会合体を作れる可能性を探究する一過程である。J会合体は発光や非線形光学特性など特異な機能を有することから、光デバイスや光電子デバイスの発展に寄与しる可能性があり、本研究も材料やプロセスの選択肢を増やす観点で貢献する可能性を秘めていると考えている。まだその確実な目処があるとは言えないが、部分的に成長しているj会合体を増やす方策があれば展開が見込める。その可能性を探る上で、今回分布を計測できるシステムを完成できたことは意義があったと考える。

Research Products

• [Journal Article] Having Been Fascinated by Aligned Poly(tetrafluoroethylene) Surfaces： their Unique Orientating Ability (2018)
  • Author(s): 田中利彦
  • Journal Title: Accounts of Materials and Surface research Volume: 3 Pages: 3-18
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Poly(tetrafluoroethylene) is Unique for Orienting Molecules (2018)
  • Author(s): Toshihiko Tanaka, Maamitsu Ishitobi
  • Journal Title: Chemistry Letters Volume: 47(1) Issue: 1 Pages: 55-58
  • DOI: 10.1246/cl.170729
  • NAID: 130006302035
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] ポリテトラフルオロエチレン配向膜上のビスアゾ色素薄膜における局所的J 会合体形成 (II) (2020)
  • Author(s): 青山哲也, ・ヒス, 川口純奈, 松本真哉, 石飛昌光, 梅澤洋史, 村中厚哉, 内山真伸, 田中利彦
  • Organizer: 第67回応用物理学会春季学術講演会(予稿集発行のみ, 東京)
• [Presentation] 一軸配向したポリテトラフルオロエチレン表面における原子溝エピタキシをもたらす分子間相互作用 (2020)
  • Author(s): 田中利彦, 青山哲也, 石飛昌光, 梅澤洋史, 村中厚哉, 内山真伸
  • Organizer: 第67回応用物理学会春季学術講演会(予稿集発行のみ, 東京)
• [Presentation] Atomic groove epitaxy of dye molecules on aligned PTFE surfaces and highly oriented J-aggregates (2019)
  • Author(s): 田中利彦, 青山哲也, 石飛昌光, 佐藤未英, ソ・ヒス, 川口純奈, 松本真哉, 梅澤洋史, 村中厚哉, 内山真伸
  • Organizer: International Symposium on Dyes and Pigments2019, Seville, Spain (国際学会)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Local formation of J-aggregates in bisazo dye films on poly(tetrafluoroethylene) alignment layers (2019)
  • Author(s): 青山哲也, ソ・ヒス, 川口純奈, 松本真哉, 梅澤洋史, 村中厚哉, 内山真伸, 田中利彦
  • Organizer: International Symposium on Dyes and Pigments2019, Seville, Spain (国際学会)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 一軸配向したポリテトラフルオロエチレンの表面に固有な 原子溝エピタキシー (2019)
  • Author(s): 田中利彦, 青山哲也, 石飛昌光, 佐藤未英, ソ・ヒス, 川口純奈, 松本真哉, 梅澤洋史, 村中厚哉, 内山真伸
  • Organizer: 第80回応用物理学会秋季学術講演会, 札幌
• [Presentation] ポリテトラフルオロエチレン配向膜上のビスアゾ色素薄膜における局所的 J 会合体形成 (2019)
  • Author(s): 青山哲也, ソ・ヒス, 川口純奈, 松本真哉, 梅澤洋史, 村中厚哉, 内山真伸, 田中利彦
  • Organizer: 第80回応用物理学会秋季学術講演会, 札幌
• [Presentation] 配列したポリテトラフルオロエチレン上の線形分子の原子溝エピタキシ (2018)
  • Author(s): 田中利彦*、石飛昌光、青山哲也、梅澤洋史
  • Organizer: マテリアル・リサーチ・ソサイエティ・スプリング・ミーティング＆エグジビット（フェニックス）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ラビングによるチエノキノイド分子のEdge-on/Face-on変換と有機トランジスタ移動度の異方性 (2018)
  • Author(s): 青山哲也、田中利彦、ハインリッリ・ベノワ、ファブリス・マシュブ、松島敏則、高石和人、松本真哉、内山真伸、安達千波矢、 ジャン・シャルル・リヴィエル
  • Organizer: 第79回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] ポリテトラフルオロエチレンだけのユニークな分子溝エピタキシー (2018)
  • Author(s): 田中利彦*、石飛昌光、青山哲也、梅澤洋史
  • Organizer: ユーロピアン・マテリアル・リサーチ・ソサイエティ・2018・フォール・ミーティング （ワルシャワ）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Molecular Orientation Induced by Atomic Grooves on Aligned PTFE Surfaces (2017)
  • Author(s): Toshihiko Tanaka, Tetsuya Aoyama, Jean Charles Ribierre, Hirohito Umezawa, Shinya Matsumoto
  • Organizer: European Material Research Society 2017 Fall Meeting（ワルシャワ）2017年9月18日
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ビスアゾメチン色素単結晶トランジスタにおける 分子パッキング構造と電荷輸送特性の解析 (2017)
  • Author(s): 青山哲也, 上原拓也, 横田裕基, ビュン・ソン・ キム, 橋爪大輔, ジャン・シャルル・リヴィエル, 田中利彦, 村中厚哉, 内山真伸, 松本真哉
  • Organizer: 第78回 応用物理学会秋季学術講演会（福岡） 2017年9月6日