2019 Fiscal Year Annual Research Report
ESR誘起電流による有機素子の新規スピンプローブ技術の開拓
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17H03135
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
鐘本 勝一 大阪市立大学, 大学院理学研究科, 准教授 (40336756)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 電流検出ESR / EDMR / 電子正孔対 / 酸素 / スピン流 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでの研究では、ESR時に誘起される電流（ESR電流）の特性を、アモルファス主体の有機 EL 素子を対象に調べてきたが、今回は、強結合相における電子正孔対の特性を調べるために、 強結合型ポリマーの代表例であるP3HTポリマーに対して ESR電流の特性を調べた。 正孔側の電極材料を固定し、電子側の電極材料を変化させると、その仕事関数の減少とともに ESR電流の発生効率が増加することが確認された。これは、 電子の注入量とともに電流値が増加することを意味しており、ESR電流が電子正孔対に由来することを示した結果である。さらには、駆動電圧を上昇させ ESR電流値の変化を調べたが、電圧の上昇とともにその電流値が顕著に減少する結果が得られた。その電圧上昇とともにどのような電子状態変化が起こっているかを調べるために、 分光によるキャリア信号の測定を行い、電圧上昇に伴うキャリア信号強度の変化を追跡した。その結果、 ESR電流値が減少する間に、キャリア量が上昇していることが証明された。これは、電子正孔対が素子内の電場で解離することをはっきり証明した結果である。 以上に加えて、電子正孔対に対する酸素の影響について調べた。これまで測定環境の影響で ESR電流が変化することを示唆する結果は報告されてきたが、それを明確にした例はなかった。今回無酸素下で作成した素子を測定後、わずかな酸素を注入することで ESR電流信号が増大することを示した。これは酸素の影響により電子正孔対の電子状態が大きく変化することを証明した初めての結果である。
以上の研究と並行して、有機素子内を流れるスピン流の物性を調べるための有機半導体材料の模索を行った。各種有機材料に対してスピン流発生と同期させた起電力の測定を行い、 起電力の中には熱に由来することを示唆するものとスピン流誘起のものの2種類が存在することを明らかにした。
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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
過去の我々の研究において、 ESR電流は、酸素の影響により増加することは確認していたが、その原因について考察する明確な実験結果は得ていなかった。今回わずかな酸素暴露により信号が増大することを示せたため、大きなESR電流信号を与える特異な電子系についての情報を示すことができたことに加えて、 ESR電流を大きくするための素子設計に関する指針も得ることができた。さらに、スピン流の計測については、これまで明らかに異なる挙動の信号も得ていながらも、その起源が明確ではなかった。今回実験方法の考察及び見直しを経て、起源の異なる起電力信号を分離できる手法の開発ができた。それは次年度の研究に対して非常に有用であり、順調に進展させることができたといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究により、ESR電流系の特性やスピン流の計測について進展がみられた。今後はそれらを集大成する実験に取り組むことを計画している。まず ESR電流については、光電流を用いた ESR電流用の素子系に再度取り組むことを考えている。特に、目標として、ESR電流の特性を生かしたメモリー素子を実現させたいと考えている。さらに、有機 EL系に対するESR電流の優位性を示すために、有機 EL 信号のESR応答を時間分解で測定し、電子正孔対の生成ダイナミクスを明確化する新しい実験を現在考えている。実験は比較的難しいが、これまで行なってきた予備実験から成功の感触を得ている。特に 、近年注目度が高い熱活性型遅延蛍光EL系に対して測定を適用することで、注目度の高い研究にすることを目標に据える。
さらにスピン量計測については、最近開発した、スピンエネルギーの伝送量を評価できる新たな計測法を適用することで、スピントロニクスの根本であるスピンエネルギー伝送の学理を明らかにする。スピン流の伝送路としては、最近追跡してきた有機半導体を採用し、 特に、有機半導体のスピン量や電気伝導度を調整することで、スピン流伝送の物理を系統的に理解できる新たな研究へと発展させる計画である。
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