2018 Fiscal Year Annual Research Report
分子間振動の抑制を基軸とした次世代有機半導体材料の創製
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17H03104
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
岡本 敏宏 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (80469931)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
橋爪 大輔 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, チームリーダー (00293126)
石井 宏幸 筑波大学, 数理物質系, 助教 (00585127)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | パイ電子系材料 / 有機半導体 / 分子間振動 / 高移動度 / 分子軌道形態 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，有機半導体の移動度の低下の主原因である「分子間振動」の抑制を本提案の基軸とし，申請者独自のアプローチである「分子形状」に加えて，「分子軌道形態」を制御することにより高移動度有機半導体の開発と学術基盤の構築を目指している．以下に，2年次に取り組んだ内容を項目毎にまとめた．
新規屈曲型誘導体の精密構造解析・大規模伝導計算（初年次から継続): 得られた屈曲型誘導体について，分子間振動の挙動を明らかにするために，単結晶もしくは粉末によるX線構造解析および温度可変測定による精密構造解析を行った．その結果，本研究で対象としている分子群は，期待通り，これまでの研究で得られた一連の誘導体と同様に，分子間振動について抑制されている挙動を有していることが明らかとなった．得られた構造情報に基づき，2分子間およびバルク状態の伝導計算を行った結果，対称分子群は当初計画していなかった伝導形態を有する新しい知見を得た（当初の計画以上の進展があった）．得られた知見を展開させるために，3年次で関連する誘導体の合成を行う予定である．
得られた屈曲型分子群の単結晶トランジスタ評価：これまでの構造解析および伝導計算によりスクリーニングされた有望な半導体材料および初年次に得られた一連の分子群について，塗布もしくは貼り付け法により単結晶トランジスタを作製し，半導体性能評価を行った．その結果，期待通り世界最高レベルの高性能な半導体材料であることが明らかとなった．また，初年次と同様にバンド計算から算出した有効質量だけでは，特性評価による移動度を説明ができず，分子間振動の抑制による移動度の向上が示唆された．より詳細に調査するために，粉末もしくは単結晶の温度可変構造解析データを用いた分子動力学計算の結果，分子間振動の抑制効果が確かめられる非常に興味深い結果を得た．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
2年次の精密構造解析および，得られた構造情報に基づく伝導計算と分子動力学計算から当初計画していなかった新しい知見を得た（当初の計画以上の進展があった）．
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| Strategy for Future Research Activity |
2年次の検討で得られた屈曲型分子群の単結晶もしくは粉末による温度可変精密構造解析に基づき，一連の分子群の動的挙動情報を抽出することに取り組む．2年次に追加検討をおこなった分子動力学計算などを駆使し，すでに得られている一連の誘導体のデータと比較し，本研究提案のさらなる可能性の検証を行う．これまで得られた知見に基づき，初年次および2年次に新たに開発に成功した分子骨格へ側鎖の導入の検討を継続して行う．また，これまでと同様に，得られる誘導体について基礎物性評価，構造解析，伝導計算およびデバイス評価も系統的に行い，新たな分子設計への展開を模索する．
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[Journal Article] Oxygen- and Sulfur-bridged L-shaped π-Conjugated Molecules: Synthesis, Aggregated Structures, and Charge Transporting Behavior2018
Author(s)
Toshihiro Okamoto, Hiroaki Dosei, Masato Mitani, Yoshinori Murata, Hiroyuki Ishii, Ken-ichi Nakamura, Masakazu Yamagishi, Masafumi Yano, Jun Takeya
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Journal Title
Asian Journal of Organic Chemistry
Volume: 7
Pages: 2309～2314
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Phenyl-substituted Sulfur-bridged V-shaped Binaphthalene Organic Semiconductors: Synthesis, Aggregated Structures, and Application to Organic Field-effect Transistors2018
Author(s)
C. Sawabe, M. Mitani, D. Hashizume, M. Yamagishi, H. Sato, A.Yamano, T.Kurosawa, J. Takeya, and T. Okamoto
Organizer
E-MRS Spring Meeting 2018
Int'l Joint Research
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[Presentation] Polymorphism and Phase Transition Behavior of N-shaped Organic Semiconducting Molecules2018
Author(s)
M. Mitani, C. Mitsui, Y. Aoki, Y. Murata, A. Yamamura, T. Kurosawa, H. Sato, A. Yamano, M. Yamagishi, M. Yano, H. Ishii, D. Hashizume, J. Takeya, and T. Okamoto
Organizer
ILCC2018
Int'l Joint Research
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