| Project/Area Number |
22H00291
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 29:Applied condensed matter physics and related fields
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
竹谷 純一 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (20371289)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小林 伸彦 筑波大学, 数理物質系, 教授 (10311341)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Discontinued (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥43,160,000 (Direct Cost: ¥33,200,000、Indirect Cost: ¥9,960,000)
Fiscal Year 2022: ¥21,840,000 (Direct Cost: ¥16,800,000、Indirect Cost: ¥5,040,000)
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| Keywords | 有機半導体 / 量子エレクトロニクス / 二次元電子ガス / 有機単結晶半導体 / 電子相制御 / 電子相転移 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では量子井戸分子単結晶有機半導体・高分子複合材料をベースとして、以下の研究項目に取り組む。1)電子状態のチューニングに必要な電子密度や歪による分子配列変調に②対する巨大な応答性がどの程度まで可能なのかを明らかにする。2)その結果期待される超伝導電子相への電子相転移や共鳴トンネルデバイスへも研究を展開する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
有機半導体分子の自己組織化周期構造において、高速で大規模な情報演算に必要な量子エレクトロニクスのベースとなる、二次元電子ガスの金属絶縁体転移をはじめて実現した。本研究で用いた有機半導体の複雑構造は、①高分子基板としてPEN(ポリエチレンナフタレート)の上に単結晶の成膜性向上のためにパラキシリレン系ポリマーであるパリレンを堆積させたものの上に、②低分子半導体アルキルジナフトベンゾジチオフェン(Cn-DNBDT)のパイ共役分子ユニットに電子を閉じ込める「量子井戸分子」の１～２分子層の二次元有機半導体結晶を成長させ、更にその上に、③電気二重層を形成して②のキャリア量を制御するイオン性ゲル層からなる。これは、C8-DNBDTを用いた電気二重層トランジスタ（EDLT）である。C8-DNBDT の単結晶に面密度～ 4×1013 cm－2（～0.1 電荷/1 分子）以上のキャリアを誘起すると、構造を保持したまま2 次元電子（正孔）ガスが形成されること、更に10 K以下の低温に冷却すると、電気抵抗が減少する金属状態に転移することを発見した。この２次元系のシート伝導率を測定したところ、低温で対数温度依存性を示した。この対数温度依存性を発現する機構としては、弱局在効果と，電子相関の効果がある。測定した磁気抵抗は正の効果を示し、少なくとも～ 5 × 1013 cm－2 程度のキャリア密度・4 K 程度までの測定温度領域においては、弱局在効果は支配的ではないことがわかった。単一成分系からなる有機半導体薄膜の二次元電子（正孔）系において、電子相関が生じることを世界で初めて実験的に明らかにしたことになる。今後は、より高いキャリア密度、より低温、そして10T以上の強磁場領域での電子物性解明に取り組むとともに、この「ソフトでクリーンな二次元電子系」の超伝導と言う新電子相の実現を目指す。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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