2016 Fiscal Year Annual Research Report
有機複合材料の自己組織化構造の分子レベル観察に基づく機能創成
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15J05607
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
長谷川 友里 筑波大学, 数理物質科学研究科, 特別研究員(DC1)
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2015-04-24 – 2018-03-31
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| Keywords | 表面 / 薄膜 / 有機分子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、有機半導体分子をベースとした複合材料の自己組織化構造と電子状態との相関を明らかにすることで、次世代デバイス創成に向けた設計指針を提案することを目的とする。
有機エレクトロニクス材料の実用化には、分子薄膜における半導体特性を向上させる必要がある。それには、原子や分子の混合による電子状態の変調が有用である。このとき、有機分子材料の半導体特性は集合構造と強い相関を持つため、一分子レベルの高度な構造制御技術が重要となる。しかし、有機薄膜の構造は一般に複雑で不均一であるため、様々な半導体物性が報告されてきているものの十分には理解されていない。
そこで本研究では、表面科学の手法を用いて構造のよく規定された分子膜を作製し、薄膜形状制御および電子状態の高精度な計測を試みている。前年度には高配向有機FET材料を対象とし、構造変化に対応する電子状態の変調を見出した。
当該年度の初めには、前年度の成果を論文としてまとめ国際誌に掲載された。同時に、作製した異方性の高い有機配向膜における電子状態の高精度な計測に取り組んだ。ここでは分子間力の強いDNTT分子を対象としたものの、分子膜中の分子間相互作用が小さく、ドープ前の薄膜において分子内の軌道は変調されにくいことが新規ナノグラフェンとして期待できることが示唆された。
年度の後半では、これまでに得られた結果や計測方法を他の分子群にも適用し、新規有機EL分子膜において、一部の分子群が均一配向単分子膜を形成することを見出した。有機EL分子の発行特性は分子軌道や分子配列に敏感であることが知られている。作成した分子膜と孤立分子の電子状態とを実験及び理論計算とから比較したところ、分子軌道は基板上においても保存されていることが示された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究は、有機複合薄膜の構造と電子状態の相関の理解を目指しており、申請者はいくつかの分子群において薄膜の構造制御およびその電子状態計測を試みている。本年度の研究計画として、1．結晶性多層膜へのドーピング、2．新規有機EL材料の均一膜作製とドーピングを挙げた。
1については、多層膜自体の電子状態計測は達成できた。これにより有機半導体分子材料に特有の電子状態に加え、対象としたＤＮＴＴ分子が新規ナノグラフェンとしての性質も有する可能性が示された。ドープ膜まで作製することを想定していたが、多層膜の電子状態について、エネルギー範囲や角度方向を含めた計測および得られたデータの解釈が困難であったため、若干遅れている。次年度の早い段階に当初予定していたドープ膜についても着手したい。
2については、新規有機EL分子群を対象とし、作製した均一膜の電子状態を決定し、発光特性を左右する分子軌道が、単分子膜においても保存されることをDFT計算との比較により示すことができた。一連の分子群において、ホスト膜との相互作用が異なることを示した。また、年度の最後には、有機EL分子群の発光特性を計測するための装置開発にも着手した。本テーマについては、当初の計画よりも研究が進展している。
以上より、総合的に現時点において当研究課題は概ね順調であると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究は、有機複合薄膜の電子状態制御のため、有機半導体分子とドーパント材料との自己組織化構造と、その電子状態との相関を探る。しかし一般に有機材料の構造は不均一であるため、本研究では、表面科学の手法を用いて、構造のよく定義された系を構築してきた。次年度は、作製した系においてドーピングした電子状態や、光物性の計測を試みる。
[１ 有機FET膜へのドーピング]結晶性の良好なDNTT多層膜に、反応性の高いアルカリ金属原子やドーパント分子を混合し、STMを用いて分子レベルの構造を計測する。分子レベルの構造とよりマクロな構造の計測には、走査トンネル顕微鏡および原子間力顕微鏡を用いる。装置は所属研究機関に既存のものを利用する。電子状態は、光電子分光法を用いて計測する。このとき、価電子帯の計測に特化したPF-BL3BおよびUVSOR-BL2Bを利用する。
[2 有機EL分子膜の発光特性計測]次年度特に注力する課題は、均一配向有機EL分子膜の発光特性計測である。次年度の前半はこのための装置開発を急ぐ。複合膜は、ホストとなる分子に、エミッター分子を混合したものを用いる。
次年度が最終年度のため、得られた結果を早急に論文としてまとめ、国際学術誌への掲載を目指す。また、総体性として博士論文にまとめる。申請課題において、報告者はこれまでには当初の計画をおおよそ達成している。本年度までの研究についても現時点で研究は進んでおり、計画を遂行できる見込みは高い
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Research Products
(5 results)
