キャリア密度の制御された半導体共役ポリマーにおける動的相関効果

• Project Area: Optical science of dynamically correlated electrons in semiconductors
• Project/Area Number: 23104716
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 鵜沼 毅也 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (20456693)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000); Fiscal Year 2012: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2011: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
• Keywords: 有機半導体 / 共役系 / テラヘルツ

Outline of Annual Research Achievements

昨年度に引き続いて，半導体共役ポリマーのキャリア密度制御を行い，光学的・電気的性質を調べた。
1. 直流伝導度が約100から1000S/cmに亘る複数の高導電性ポリアニリン薄膜を用意し，透過配置のテラヘルツ時間領域分光を行った。一般に，導電性の高い試料に対してテラヘルツ波の透過強度と位相シフトの両方を十分な大きさで得ることは容易でないが，本年度の実験では，試料膜厚の最適化および測定系の信号対雑音比向上を注意深く進めた。その結果，上記薄膜試料の系統的な透過測定に成功し，共役ポリマーにおける高密度キャリアの複素伝導度スペクトルを直接的に決定することができた。直流伝導度の上昇と相関して，テラヘルツ領域の複素伝導度スペクトルではキャリアの局在性が弱くなる様子が観測され，特に直流伝導度500S/cm程度を境にして，非局在化の度合いが著しくなることが分かった。
2. ポリチオフェン薄膜の分子鎖配向および化学ドーピングを行い，テラヘルツ領域の複素伝導度スペクトルを測定した。配向に対してテラヘルツ波の電場を平行にした場合と垂直にした場合とで異なる複素伝導度スペクトルが得られ，薄膜の電荷輸送における分子鎖の一次元的形状の寄与が明らかになった。
3. 共役ポリマーのマクロな光学的・電気的性質とミクロな構造の間の関係を探るために，原子間力顕微鏡でナノスケールの電流分布像を観察した。観察用試料としたPEDOT-PSSは，共役ポリマーで導電性を担うPEDOTとドーパントで絶縁性をもつPSSの混合物であり，薄膜作製の過程でエチレングリコール等の有機溶媒を添加するとマクロな導電性の向上を示すことが知られている。得られた電流分布像から，エチレングリコール添加によって伝導領域が細かく分割され，伝導領域間の実効的距離が減少し，マクロな面内伝導度の上昇に大きく寄与していることが分かった。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Causality-based method for determining the time origin in terahertz emission spectroscopy (2011)
  • Author(s): T.Unuma, Y.Ino, K.Peiponen, E.M.Vartiainen, M.Kuwata-Gonokami, K.Hirakawa
  • Journal Title: OPTICS EXPRESS Volume: 19(13) Issue: 13 Pages: 12759-12765
  • DOI: 10.1364/oe.19.012759
  • Peer Reviewed
• [Presentation] キャリア密度の制御された半導体共役ポリマーにおける動的相関効果 (2012)
  • Author(s): 鵜沼毅也
  • Organizer: 第7回DYCEシンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学浅野キャンパス（東京都）
  • Year and Date: 2012-12-26
• [Presentation] テラヘルツ放射分光における因果律に基づいた時間原点の決定 (2012)
  • Author(s): 鵜沼毅也
  • Organizer: 日本物理学会第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大学西宮上ケ原キャンパス(兵庫県)
  • Year and Date: 2012-03-24
• [Presentation] Determining the Time Origin in Temporal Waveforms of Terahertz Emission from Semiconductors (2011)
  • Author(s): T.Unuma
  • Organizer: The 1st International Symposium on Terahertz Nanoscience
  • Place of Presentation: 大阪大学中之島センター(大阪府)
  • Year and Date: 2011-11-24
• [Presentation] 導電性高分子におけるテラヘルツ複素伝導度のキャリア密度依存性 (2011)
  • Author(s): 鵜沼毅也
  • Organizer: 日本物理学会2011年秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学五福キャンパス(富山県)
  • Year and Date: 2011-09-23
• [Presentation] Determination of the time origin in terahertz emission spectroscopy : basic schemes and application to semiconductors (2011)
  • Author(s): T.Unuma
  • Organizer: The Ninth Japan-Finland Joint Symposium on Optics in Engineering
  • Place of Presentation: Turku (Finland)
  • Year and Date: 2011-09-08