| Project/Area Number |
21H01902
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 32020:Functional solid state chemistry-related
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Fiscal Year 2022: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000)
Fiscal Year 2021: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
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| Keywords | エネルギーバンド構造 / 角度分解低エネルギー逆光電子分光 / 電子－フォノン相互作用 / 部分ポーラロン / 電子輸送 / 移動度 / 有機半導体 / 伝導帯 / 低エネルギー逆光電子分光法 / ポーラロン / 超原子分子軌道 / 電子伝導 / 電子-フォノン相互作用 / 電子移動度 / 伝導帯バンド構造 |
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| Outline of Research at the Start |
有機半導体の大きな課題は、ホール伝導(p型特性)に比べて電子伝導(n型特性)が極めて低いことである。有機半導体の伝導機構を決定するのは、エネルギーバンド構造と電子-フォノン相互作用である。ホール伝導に関わるHOMO準位については光電子分光法により調べられてきたが、電子伝導に関わるLUMO準位については研究が皆無である。本研究は、代表者が10年にわたって開発してきた角度分解低エネルギー逆光電子分光法により、電子伝導にかかわるLUMO準位のバンド構造と電子-フォノン相互作用を解明する。電子伝導の基本原理を明らかにすることで、有機半導体のn型特性向上への革新的ブレークスルーとなる。
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| Outline of Final Research Achievements |
Organic semiconductors are considered to be next-generation semiconductors with unique properties such as lightness and flexibility. In semiconductors, charge carriers (holes and electrons) move around and generate their functionality. The most fundamental information for understanding the behavior of these charge carriers is the energy band structure (the dispersion relationship between energy and momentum).
The structure of the valence band responsible for hole transport has been reported since the 1990s. Conversely, the structure of the conduction band related to electron transport has not even been investigated experimentally. In this study, we have established low-energy angle-resolved inverted photoelectron spectroscopy, which allows us to observe the conduction band structure of organic semiconductors for the first time. This is an important step towards elucidating the electronic conduction mechanism of organic semiconductors.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
有機半導体の伝導帯バンド構造の測定方法を確立し、これを基に実験的な証拠がなかった高移動度有機半導体で準粒子ポーラロンが生成していることを初めて実証した。さらに新たな理論「部分ポーラロン」モデルを提案した。
有機半導体では、正孔に比べ電子の移動度が低いことが知られているが、原因は明らかでない。代表的な有機半導体であるペンタセンについて、実験・理論による解析により電子－フォノン相互作用がその起源であることを明らかにした。この結果は、これまで不明であった有機半導体の電子輸送機構の解明に先鞭をつけ、高性能ｎ型（電子輸送型）有機半導体の開発への道筋をつける。
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