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2014 Fiscal Year Annual Research Report

有機半導体の活性サイトの理論

Planned Research

Project Area3D Active-Site Science
Project/Area Number 26105011
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

小林 伸彦  筑波大学, 数理物質系, 准教授 (10311341)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 柳澤 将  琉球大学, 理学部, 准教授 (10403007)
田村 宏之  東北大学, 学内共同利用施設等, 助教 (60390655)
Project Period (FY) 2014-06-27 – 2019-03-31
Keywords有機半導体 / 活性サイト / 理論
Outline of Annual Research Achievements

有機半導体の機能解析およびその制御には、不規則性に由来する活性サイトの解明と制御が重要になっている。そのため、精密な原子構造・電子構造解析による活性サイト研究の下、電気的、光学的機能設計のための理論的体系を構築することを目的に研究を行っている。初年度は、研究環境を整えるとともに、以下の研究を行った。
【課題1】第一原理電子状態計算による有機半導体の電子・結晶構造と活性サイトの理論。亜鉛フタロシアニン結晶を対象に構造最適化を行い、その構造下での電子状態の形成要因を検討した。ファンデルワールス密度汎関数法rev-vdW-DF2により安定な多形の構造最適化を行った。最局在ワニエ関数を用い、分子軌道間の相互作用を調べた。有機半導体の活性サイトを正しく理解するためには精密な結晶構造と電子状態の決定が不可欠であることを示した。
【課題2】有機半導体のキャリア伝導と活性サイトの理論。ホッピング伝導機構からバンド伝導機構までを一括して扱える計算理論として開発してきた時間依存波束拡散法を発展させた。密度汎関数法の有効ハミルトニアンから局在基底を用いた行列表現を用いてキャリア輸送機構に対する活性サイトの詳細を解析可能にする理論的方法論の発展を行った。
【課題3】有機半導体のフォノン場、フォトン場との相互作用と活性サイトの理論。有機太陽電池の変換効率に関わる有機結晶中の励起子動力学を理論的に検討し、ドナー-アクセプター界面の電荷分離のモデリングを進めるとともに、有機試料班と共同で有機薄膜太陽電池のドナー-アクセプター界面の活性サイトの理論解析を始めた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

Wannier関数を用いた伝導理論の開発によって有機半導体のキャリア機構の解析方法の発展が計画以上に進展した。また、【課題3】有機半導体のフォノン場、フォトン場との相互作用と活性サイトの理論は、3年目以降に開始する予定であったが、初年度から研究を前倒しし、当初の計画以上に進展した。

Strategy for Future Research Activity

当初の計画に加え、Wannier関数を用いた伝導理論の応用、前倒し実施した【課題3】有機半導体のフォノン場、フォトン場との相互作用と活性サイトの理論の研究を進め、有機半導体の「3D活性サイト」制御による新規材料開発のための理論的設計指針作成を行う。

  • Research Products

    (20 results)

All 2015 2014 Other

All Journal Article (8 results) (of which Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 8 results,  Acknowledgement Compliant: 3 results) Presentation (10 results) (of which Invited: 2 results) Book (1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Concurrent effects of delocalization and internal conversion tune charge separation at regioregular polythiophene-fullerene heterojunctions2015

    • Author(s)
      M. Huix-Rotllant, H. Tamura, I. Burghardt
    • Journal Title

      J. Phys. Chem. Lett

      Volume: 6 Pages: 1702-1708

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.5b00336

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Large-scale conductivity-tensor calculations for Hall effects in time-dependent wave-packet diffusion method2014

    • Author(s)
      H.Ishii, H.Tamura, M.Tsukada, N.Kobayashi, K.Hirose
    • Journal Title

      Phys. Rev. B

      Volume: 90 Pages: 155458(1-5)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.90.155458

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Efficient Ab-Initio Electron Transport Calculations for Heterostructures by the Nonequilibrium Green’s Function Method2014

    • Author(s)
      H.Takaki, N.Kobayashi, K.Hirose
    • Journal Title

      J. Nanomaterials

      Volume: 2014 Pages: 172169(1-5)

    • DOI

      10.1155/2014/172169

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Atomistic Calculations of Heat Transport in a Silicon Crystal2014

    • Author(s)
      N.Kobayashi, K.Yamamoto, H.Ishii, K.Hirose
    • Journal Title

      e-J. Surf. Sci. Nanotech

      Volume: 12 Pages: 154-156

    • DOI

      10.1380/ejssnt.2014.154

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Scanning tunneling microscopy/spectroscopy of picene thin films formed on Ag(111)2014

    • Author(s)
      Y. Yoshida, H.-H. Yang, H.-S. Huang, S.-Y. Guan, S. Yanagisawa, T. Yokosuka, M.-T. Lin, W.-B. Su, C.-S. Chang, G. Hoffmann, Y. Hasegawa
    • Journal Title

      J. Chem. Phys.

      Volume: 141 Pages: 114701(1-8)

    • DOI

      10.1063/1.4894439

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Origin of the band dispersion in a metal phthalocyanine crystal2014

    • Author(s)
      S. Yanagisawa, K. Yamauchi, T. Inaoka, T. Oguchi, I. Hamada
    • Journal Title

      Phys. Rev. B

      Volume: 90 Pages: 245141(1-6)

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.90.245141

    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Non-Markovian reduced dynamics of ultrafast charge transfer at an oligothiophene-fullerene heterojunction2014

    • Author(s)
      K. H. Hughes, B. Cahier, R. Martinazzo, H. Tamura, I. Burghardt
    • Journal Title

      Chem. Phys.

      Volume: 442 Pages: 111-118

    • DOI

      10.1016/j.chemphys.2014.06.015

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Exciton diffusion length and charge mobility in donor and acceptor materials in organic photovoltaics: tetrabenzoporphyrin and silylmethyl[60]fullerene2014

    • Author(s)
      H. Tamura and Y. Matsuo
    • Journal Title

      Chem. Phys. Lett.

      Volume: 598 Pages: 81-85

    • DOI

      10.1016/j.cplett.2014.03.013

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 金属フタロシアニン結晶でのバンド分散の起源に関する理論的研究2015

    • Author(s)
      柳澤 将、山内邦彦、稲岡 毅、小口多美夫、濱田幾太郎
    • Organizer
      日本物理学会第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学 早稲田キャンパス
    • Year and Date
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [Presentation] ペンタセン分子のグラファイト表面での電子状態に関する理論的研究2015

    • Author(s)
      川那辺剛、柳澤 将、稲岡 毅
    • Organizer
      日本物理学会第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学 早稲田キャンパス
    • Year and Date
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [Presentation] 一軸性歪みによる塗布単結晶有機トランジスタの移動度の向上2015

    • Author(s)
      窪孝祥、鶴見淳人、山下侑、Roger Hausermann、松井弘之、柳澤将、宍戸厚、三津井親彦、岡本敏弘、竹谷純一
    • Organizer
      日本物理学会第70回年次大会
    • Place of Presentation
      早稲田大学 早稲田キャンパス
    • Year and Date
      2015-03-21 – 2015-03-24
  • [Presentation] BCPの電子状態に関する理論的研究2015

    • Author(s)
      柳澤 将、畑田真之介、森川良忠、吉田弘幸
    • Organizer
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東海大学湘南キャンパス
    • Year and Date
      2015-03-11 – 2015-03-14
  • [Presentation] The GW approximation applied to organic solids: band structure and polarization energ2015

    • Author(s)
      S. Yanagisawa
    • Organizer
      2015年度大阪大学産業科学研究所 学内共同研究会
    • Place of Presentation
      長浜ロイヤルホテル、滋賀
    • Year and Date
      2015-02-20 – 2015-02-21
    • Invited
  • [Presentation] 有機半導体におけるバンド分散の起源・分子間相互作用について-亜鉛フタロシアニンなどを例に-2014

    • Author(s)
      柳澤 将
    • Organizer
      元素戦略CREST合同研究会「物性理論と量子化学の接点~相対論の視点を中心として」
    • Place of Presentation
      有馬温泉、兵庫
    • Year and Date
      2014-12-25 – 2014-12-26
    • Invited
  • [Presentation] Theoretical study on the cohesive properties of organic solids with the van der Waals density functional2014

    • Author(s)
      K.Okuma, S.Yanagisawa, K.Yamauchi, T.Inaoka, T.Oguchi and I.Hamada
    • Organizer
      The 9th General Meeting of ACCMS-VO (Asian Consortium on Computational Materials Science - Virtual Organization)
    • Place of Presentation
      沖縄科学技術大学院大学(OIST)
    • Year and Date
      2014-12-20 – 2014-12-22
  • [Presentation] ファン・デル・ワールス密度汎関数による有機結晶の理論的研究2014

    • Author(s)
      奥間公二、柳澤 将、稲岡 毅
    • Organizer
      第14回琉球物性研究会
    • Place of Presentation
      琉球大学千原キャンパス
    • Year and Date
      2014-11-22 – 2014-11-22
  • [Presentation] Atomistic calculations of thermal transport in nanosystems2014

    • Author(s)
      N.Kobayashi, K.Yamamoto, H.Ishii, and K.Hirose
    • Organizer
      ICN+T2014
    • Place of Presentation
      Colorado, USA
    • Year and Date
      2014-07-20 – 2014-07-25
  • [Presentation] Strong correlation between thermal fluctuation effects and phase coherence factor in carrier transport of single-crystal organic semiconductors2014

    • Author(s)
      N. Kobayashi, T. Fukami, H. Ishii, T. Uemura, J. Takeya, and K. Hirose
    • Organizer
      ICSM2014
    • Place of Presentation
      Turku, Finland
    • Year and Date
      2014-06-30 – 2014-07-05
  • [Book] Quantum transport calculations for nanosystems2014

    • Author(s)
      K.Hirose, N.Kobayashi
    • Total Pages
      512
    • Publisher
      Pan Stanford Publishing
  • [Remarks] 小林研ホームページ

    • URL

      www.bk.tsukuba.ac.jp/~nkoba

URL: 

Published: 2016-06-01  

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