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Development of Ambipolar Charge-Transportable Thin Films Using Self-Assembly of Nickel Complex Salts in Water

Publicly Offered Research

Project AreaAquatic Functional Materials: Creation of New Materials Science for Environment-Friendly and Active Functions
Project/Area Number 22H04523
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

藤野 智子  東京大学, 物性研究所, 助教 (70463768)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Keywordsアンバイポーラー型半導体 / d/π共役系錯体 / 薄膜 / ニッケル錯体 / FET / Langmuir-Blodgett法 / 有機電界効果トランジスタ / 大気安定性 / アンバイポーラー型半導体材料 / LB膜 / 水圏
Outline of Research at the Start

水圏の活用を用いて単分子量d/π共役錯体を薄膜化することで,高移動性のホール・電子輸送(アンバイポーラー)型半導体材料を実現を目指す.新規アニオン性ニッケル錯体の合成・薄膜化の検討により,高秩序な錯体薄膜の構築法を確立する.この手法を多様な電子豊富配位子からなるアニオン性錯体に適用し,錯体薄膜ライブラリを構築してOFETデバイス内半導体層としてのアンバイポーラー型電荷輸送特性を評価する.これらの構造-物性相関研究をもとに,高輸送性発現のための構造を最適化することで,高移動性のアンバイポーラー型薄膜を実現する.

Outline of Annual Research Achievements

正孔と電子の双方を輸送するアンバイポーラー型半導体は、次世代の電子デバイスの鍵となる材料として注目を集めている.アンバイポーラー型半導体の高移動化・高機能化に向けて,伝導性発現の精度・確度・再現性に富む単分子量材料への期待が高まっている。単分子量材料は多層から構成される薄膜デバイス内での境界伝導障壁を低減できる理想的材料いえる.しかし,水や酸素と反応せず,大気下で安定的に電荷輸送を担うための分子に課される電子的要請として,1)深いLUMO、2)狭いHOMO-LUMOギャップといった厳しい条件を満たす必要があり,その実現例はごく限られている.本研究では、こうした厳しい電子要件を満たす材料としてd/π共役系錯体,特に安価・高安定で量的供給性に優れたニッケルジチオレン錯体に着目し,大気下で安定な分子性アンバイポーラー型半導体材料を開発した.平面状の構造をとる本錯体は,分子間での有効な軌道相互作用をもつ積層様式からなる高秩序な薄膜を形成した.実際に有機電界効果トランジスタ(OFET)デバイスの半導体層として優れたアンバイポーラー型電荷輸送性を発現した.大気下において従前のアンバイポーラー型半導体材料を凌駕する移動度・安定性・物性再現性を示すことを明らかにした.結晶性の高いこの分子性半導体薄膜は,薄膜面内でキャリアの種類に応じた移動度の異方性を示し,スイッチング機能を多様化できることを示した.さらに,この半導体薄膜の前駆体のアニオン塩の構造を多様化し,両親媒性の構造とすることで,水圏で二重膜構造を形成し,特異な外場的構造変化を示した.

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (37 results)

All 2024 2023 2022 Other

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 1 results) Presentation (31 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 7 results) Book (1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Single-crystalline oligomer-based conductors modeling the doped poly(3,4-ethylenedioxythiophene) family2024

    • Author(s)
      Tomoko Fujino,* Ryohei Kameyama, Kota Onozuka, Kazuki Matsuo, Shun Dekura, Kazuyoshi Yoshimi, and Hatsumi Mori*
    • Journal Title

      Faraday Discuss

      Volume: 250 Pages: 348-360

    • DOI

      10.1039/d3fd00134b

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Metallic State of a Mixed-sequence Oligomer Salt that Models Doped PEDOT Family2023

    • Author(s)
      Kota Onozuka, Tomoko Fujino*, Ryohei Kameyama, Shun Dekura, Kazuyoshi Yoshimi, Toshikazu Nakamura, Tatsuya Miyamoto, Takashi Yamakawa, Hiroshi Okamoto, Hiroyasu Sato, Taisuke Ozaki, Hatsumi Mori*
    • Journal Title

      J. Am. Chem. Soc.

      Volume: 145 Issue: 28 Pages: 15152-15161

    • DOI

      10.1021/jacs.3c01522

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Ambipolar Nickel Dithiolene Complex Semiconductors: from One- to Two-dimensional Electronic Structures based upon Alkoxy Chain Lengths2023

    • Author(s)
      Ito, M.; Fujino, T.*; Zhang, L.; Yokomori, S.; Higashino, T.; Makiura, R.; Takeno, K. J. Ozaki, T.; Mori, H.*
    • Journal Title

      J. Am. Chem. Soc.

      Volume: 145 Issue: 4 Pages: 2127-2134

    • DOI

      10.1021/jacs.2c08015

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Band-filling Effects in Single-crystalline Oligomer Models for Doped PEDOT: 3,4-Ethylenedioxythiophene (EDOT) Dimer Salt with Hydrogen-bonded Infinite Sulfate Anion Chains2022

    • Author(s)
      Kameyama, R.; Fujino, T.*; Dekura, S.; Imajo, S.; Miyamoto, T.; Okamoto, H.; Mori, H.*
    • Journal Title

      J. Mater. Chem. C

      Volume: 10 Issue: 19 Pages: 7543-7551

    • DOI

      10.1039/d2tc01216b

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] オリゴマーの配列構造を活用した新しい有機伝導体の開発2024

    • Author(s)
      藤野智子
    • Organizer
      第6回固体化学フォーラム研究会
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      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 分子の形と軌道から考える固体のデザイン2024

    • Author(s)
      藤野智子
    • Organizer
      準結晶根掘り葉掘りの会
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      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 分子軌道のデザイン:ドナーとアクセプターが融合したら...2024

    • Author(s)
      藤野智子
    • Organizer
      ISSPワークショップ:デバイス活用で臨む有機伝導体の未来
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      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] ドナーとアクセプターの軌道混成に基づく交互積層型錯体の高伝導化2024

    • Author(s)
      藤野智子,亀山亮平,小野塚洸太,松尾一輝,出倉駿,宮本辰也,郭紫荊,岡本博,中村敏和,吉見一慶,鬼頭俊介,有馬孝尚,佐藤寛泰,山本薫,高橋聡,森初果
    • Organizer
      日本物理学会2024年春季大会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] ドナーとアクセプターの軌道混成に基づく交互積層型錯体の高伝導化2024

    • Author(s)
      藤野智子,亀山亮平,小野塚洸太,松尾一輝,出倉駿,宮本辰也,郭紫荊,岡本博,中村敏和,吉見一慶,鬼頭俊介,有馬孝尚,佐藤寛泰,山本薫,高橋聡,森初果
    • Organizer
      日本化学会第104春季年会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 高伝導化を指向した新規オリゴマー型電荷移動塩4PHS-X2024

    • Author(s)
      西田武志,藤野智子,小野塚洸太,森初果
    • Organizer
      日本化学会第104回春季年会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] d/π共役系アンバイポーラ半導体の両キャリアにおける分子間相互作用とFET特性の相関性2024

    • Author(s)
      伊藤雅聡,藤野智子,東野寿樹,菱田真史,森初果
    • Organizer
      日本化学会第104回春季年会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 重元素置換によるEDOTオリゴマー伝導体の高伝導化2024

    • Author(s)
      小野塚洸太,藤野智子,宮本 辰也,山川 貴士,岡本博,秋葉宙,山室修,大池広志,森初果
    • Organizer
      日本化学会第104回春季年会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] ドープ型PEDOTをモデルとした単結晶性オリゴマー型伝導体の開発2023

    • Author(s)
      藤野智子, 小野塚洸太, 亀山亮平, 松尾一輝, 出倉駿, 尾崎泰助, 吉見一慶, 河村光晶, 森初果
    • Organizer
      物性研究所スパコン共同利用・CCMS合同研究会:計算の時代における物性科学
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Single-crystalline oligomer-based conductors modeling the doped poly(3,4-ethylenedioxythiophene) family2023

    • Author(s)
      T. Fujino, R. Kameyama, K. Onozuka, K. Matsuo, S. Dekura, K. Yoshimi, H. Mori
    • Organizer
      Faraday Discussion: Challenges and prospects in organic photonics and electronics
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Ambipolar nickel dithiolene complex semiconductors: from one- to two-dimensional electronic structures based upon alkoxy chain lengths2023

    • Author(s)
      M. Ito, T. Fujino, L. Zhang, S. Yokomori, T. Higashino, R. Makiura, K. J. Takeno, T. Ozaki, H. Mori
    • Organizer
      14th Japan-China Joint Symposium on Conduction and Photoconduction in Organic Solids and Related Phenomena
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 両親媒性ニッケルジチオレン錯体塩の水中会合体の示す特異な電子物性2023

    • Author(s)
      藤野智子,菱田真史,伊藤雅聡,中村敏和,浅田瑞枝,倉橋直也,木内久雄,原田慈久,原野幸治,牧浦理恵,武野カノクワン,横森創,森初果
    • Organizer
      第17回分子科学討論会2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 両親媒性ニッケルジチオレン錯体塩の水中会合体の示す特異な電子物性両親媒性ニッケルジチオレン錯体塩の水中会合体の示す特異な電子物性2023

    • Author(s)
      藤野智子,菱田真史,伊藤雅聡,中村敏和,浅田瑞枝,倉橋直也,木内久雄,原田慈久,原野幸治,牧浦理恵,武野カノクワン,横森創,森初果
    • Organizer
      日本物理学会第78回年次大会
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      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 二次元的な電子構造を有するd/π共役系アンバイポーラ半導体の異方的キャリア輸送特性2023

    • Author(s)
      伊藤雅聡,藤野智子,東野寿樹,菱田真史,森初果
    • Organizer
      第17回分子科学討論会2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 末端基におけるカルコゲン置換によるEDOTオリゴマー伝導体の高伝導化実現2023

    • Author(s)
      小野塚 洸太,藤野 智子,宮本 辰也,山川貴士,岡本博,森初果
    • Organizer
      第17回分子科学討論会2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 大気下でも安定なd_/_π共役系アンバイポーラー型半導体薄膜材料の開発2023

    • Author(s)
      藤野智子
    • Organizer
      分子系の複合電子機能 第181委員会 最終研究会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 混合配列エチレンジカルコゲノチオフェン3量体電荷移動塩のバンドフィリング変調に基づく高伝導化2023

    • Author(s)
      藤野智子,佐藤駿,小野塚洸太,出倉駿,森初果
    • Organizer
      日本化学会第103春季年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 混合配列エチレンジカルコゲノチオフェン3量体電荷移動塩のバンドフィリング変調に基づく高伝導化2023

    • Author(s)
      藤野智子,佐藤駿,小野塚洸太,出倉駿,森初果
    • Organizer
      日本物理学会第78回年次大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Oligomer-based Conductors that Modeled Doped PEDOT2022

    • Author(s)
      T. Fujino, K. Onozuka, R. Kameyama, K. Matsuo, S. Dekura, H. Mori
    • Organizer
      11th Singapore International Chemistry Conference (SICC-11)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] ニッケル錯体塩によるアンバイポーラー型電荷輸送性薄膜の開発と水圏活用による展開2022

    • Author(s)
      藤野智子
    • Organizer
      第12回化学フェスタ,文科省科研費新学術領域研究「水圏機能材料:環境に調和・応答するマテリアル構築学の創成」特別企画(1)水の科学と材料科学の融合
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 中性-イオン性の境界領域に位置する交互積層型電荷移動錯体:高伝導性と相転移挙動2022

    • Author(s)
      藤野智子,亀山亮平,小野塚洸太,松尾一輝,出倉駿,宮本辰也,郭紫荊,岡本博,中村敏和,森初果
    • Organizer
      2022年日本物理学会秋季大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 中性-イオン性の境界領域に位置する交互積層型電荷移動錯体:高伝導性と相転移挙動2022

    • Author(s)
      藤野智子,亀山亮平,小野塚洸太,松尾一輝,出倉駿,宮本辰也,郭紫荊,岡本博,中村敏和,森初果
    • Organizer
      第15回分子科学討論会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Air-stable, d/π-conjugated ambipolar semiconductors: effect of alkoxy chain length on dimensionality2022

    • Author(s)
      M. Ito, T. Fujino, L. Zhang, S. Yokomori, T. Higashino, R. Makiura, K. Takeno, M. Kawamura, T. Ozaki, H. Mori
    • Organizer
      14th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Magnets (ISCOM 2022)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Metallic Behavior of Mixed-sequence Oligo(alkylenedichalcogenothiophene) Salt2022

    • Author(s)
      K. Onozuka, T. Fujino, R. Kameyama, T. Nakamura, S. Dekura, K. Yoshimi, T. Miyamoto, H. Okamoto, H. Mori
    • Organizer
      14th International Symposium on Crystalline Organic Metals, Superconductors and Magnets (ISCOM 2022)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 大気安定なd/π共役系アンバイポーラ半導体:置換基鎖長による電子構造の高次元化2022

    • Author(s)
      伊藤雅聡,藤野智子,張磊,横森創,東野寿樹,牧浦理恵,武野カノクワン,尾崎泰助,森初果
    • Organizer
      日本物理学会第78回年次大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] ドープ型PEDOTの単分子量オリゴマーモデルにおける新規プロピレンジオキシチオフェンユニットの導入効果2022

    • Author(s)
      後藤將夫,藤野智子,小野塚洸太,森初果
    • Organizer
      日本化学会第103春季年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] ドープ型PEDOTをモデルとした新規チオフェンオリゴマー塩:混合配列化による金属状態の実現2022

    • Author(s)
      小野塚洸太,藤野智子,亀山亮平,出倉駿,吉見一慶,中村敏和,宮本辰也,山川貴史,岡本博,森初果
    • Organizer
      日本化学会第103春季年会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 傾角反強磁性を示す新規単一成分分子性導体:磁気特性に対する分子配列変調効果2022

    • Author(s)
      横森創,出倉駿,伊藤雅聡,藤野智子,今城周作,松下信之,森初果
    • Organizer
      2022年日本物理学会秋季大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 弱強磁性を示す新規単一成分分子性導体における分子配列変調による磁気特性への影響2022

    • Author(s)
      横森創,出倉駿,伊藤雅聡,藤野智子,今城周作,松下信之,森初果
    • Organizer
      第15回分子科学討論会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 大気安定なd/π共役系アンバイポーラ半導体の開発:アルコキシ基鎖長による高次元化2022

    • Author(s)
      伊藤雅聡,藤野智子,張磊,横森創,東野寿樹,牧浦理恵,武野カノクワン,河村光晶,尾崎泰助,森初果
    • Organizer
      第15回分子科学討論会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] ドープ型PEDOTをモデルとした混合配列型チオフェンオリゴマー塩:高次元化と金属的伝導挙動2022

    • Author(s)
      小野塚洸太,藤野智子,亀山亮平,中村敏和,出倉駿,宮本辰也,岡本博,吉見一慶,森初果
    • Organizer
      第15回分子科学討論会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Book] 有機半導体の開発と最新動向2023

    • Author(s)
      安達千波矢、藤野智子、伊藤雅聡、森初果、ほか
    • Total Pages
      400
    • Publisher
      シーエムシー出版
    • ISBN
      9784781317632
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Remarks] 東京大学 物性研究所 森研究室

    • URL

      https://hmori.issp.u-tokyo.ac.jp/

    • Related Report
      2023 Annual Research Report 2022 Annual Research Report

URL: 

Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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