有機薄膜・界面構造の精密制御による電子構造と電荷輸送物性の統一的解明

2010 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20245039
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: 上野 信雄 千葉大学, 大学院・融合科学研究科, 教授 (40111413)
• Keywords: 有機半導体 / 有機薄膜 / 電荷移動度 / 紫外光電子分光 / 電子状態 / バンドギャップ準位

Research Abstract

有機デバイスの電気的性質を有機半導体の電子構造から解明することは歴史的な要望であったが,本年度の研究によって,以下に示すように飛躍的な成果を得た。
(1)光励起電荷注入(光伝導)を利用して電気抵抗の大きなルブレン単結晶の角度分解紫外光電子分光測定を実現し,ホールバンドの分散を実測して,ホールの有効質量,トランスファー積分値を求め,さらにホールの散乱長を推定した。これによってルブレンのb軸方向の伝導がコヒーレントバンド伝導による可能性が大きいことを電子論的に示すことが出来た。尚,ルブレンの低温での高分解能紫外光電子分光により,伝導ホール-分子振動結合の精密測定にも成功した。
(2)超高感度非破壊紫外光電子分光法によってCuフタロシアニン(膜厚7nm)/Au(111)での埋もれた界面を直接測定することに成功した。また,1気圧の窒素ガスにこのCuフタロシアニン薄膜を暴露することにより,膜への窒素分子の進入(拡散)によって分子パッキング構造に乱れが導入されフェルミ準位の位置が変化すること,またアニールによって回復することが見出された。即ち,分子パッキングの乱れがバンドギャップ内に低密度のギャップ状態を発生させ,これがフェルミ準位の位置を決定する主原因であることが見出された。尚,この効果は酸素や水分子への暴露効果よりも大きいことも見出している。
(3)室温ではナフタレン分子はカーボンナノチューブ(CNT)表面に吸着しないが,CNTの間には挟み込まれて存在する。この系においてフェルミ準位直下に新たな電子状態が出現することを見出した。すなわち彎曲したグラフェンシートとナフタレンのπ電子間には強い相互作用が存在していることが見出された。
(4)フッ素化ペンタセン/Ag(111)界面での同分子の幾何学的構造をX線定在波励起光電子分光法によって決定し,その電子状態を高分解能紫外光電子分光法によって詳細に研究した。この結果,分子配向とHOMOバンドとの系統的な相関が見出された。
(5)以上の他,グラファイト表面上で電気双極子を持つフタロシアニンの斥力相互作用を克服して表面垂直向きの電気双極子の一次元配列構造の作成に成功した。また一次元鎖間の間隔の制御に成功した。

Research Products

• [Journal Article] Highest-Occupied-Molecular-Orbital Band Dispersion of Rubrene Single Crystals as Oserved by Angle-Resolved Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy (2010)
  • Author(s): S.Machida, Y. nakayama, S.Duhm, Q.Zin, A.Funakoshi, N.Ogawa, S.Kera, N.Ueno, H.Ishii
  • Journal Title: Physical review Letters Volume: 104 Pages: 156401
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] One dimensional molecular dipole chain arrays on graphite via nanoscale phase separation (2010)
  • Author(s): Y.L.Huang, R.Wang, T.C.Niu, S.Kera, N.Ueno, J.Pflaum, A.T.S.Wee, W.Chen
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 46 Pages: 9040-9042
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pseudo-metallization of Single Wall Carbon nanotube Bundles with naphthalene Adsorption (2010)
  • Author(s): S.Gotovac, T.Hosokai, D.Noguchi, N.Ueno, Y.Ochiai, H.Kanoh, K.Katsumi
  • Journal Title: Physical Review Volume: B82 Pages: 075136
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Re-investigation of the Bi-Induced Si(111)-(sqrt(3)x sqrt(3)) surface by low-energy electron diffraction (2010)
  • Author(s): T.Kuzumaki, T.Shirasawa, S.Mizuno, N.Ueno, H.Tochihara, K.Sakamoto
  • Journal Title: Surface Science Volume: 604 Pages: 1044-1048
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Intermolecular band dispersion in a self-assembled phthalocyanine derivative film:The case of tetrakis(thiadiazole)porhyrazine (2010)
  • Author(s): Y.Tanaka, K.Takahashi, T.Kuzumaki, Y.Yamamoto, K.Hotta, A.Harasawa, Y.Miyoshi, H.Yoshikawa, Y.Ouchi, N.Ueno, K.Seki, K.Awaga,K.Sakamoto
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: B802 Pages: 73408
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Influence of intramolecular polar bonds on interface energetics in perfuloro-pentacene on Ag(111) (2010)
  • Author(s): S.Duhm, S.Hosoumi, I.Salzmann, A.Gerlach, M.Oehzelt, B.Wedl, T.L. Lee, F.Schreiber, N.Koch, N.Ueno, S.Kera
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 81 Pages: 045418-1～6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Thickness-dependent electronic properties and molecular orientation of diradical metal complex thin films grown on SiO2 (2010)
  • Author(s): T.Hosokai, N.Mitsuo, S.Noro, T.Nakamura, S.Kera, K.Sakamoto, N.Ueno
  • Journal Title: Chemical Physics Letters Volume: 487 Pages: 67-70
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Band gap states in copper phthalocyanine thin films induced by N_2 exposure (2010)
  • Author(s): T.Sueyoshi, H.Kakuta, M.Ono, K.Sakamoto, S.Kera, N.Ueno
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 96 Pages: 093303-1-093303-3
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Light Effective Mass in the Widely-Dispersed Valence Band of Single Crystalline Rubrene Observed by High-Resolution Angle-Resolved Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy (2010)
  • Author(s): Y.Nakayama, S.Machida, S.Duhm, Q.Xin, A.Funakoshi, N.Ogawa, S.Kera, N.Ueno, Y.Noguchi, H.Ishii
  • Journal Title: Proceedings of Material Research Society 2009 Fall Meeting Volume: 1197 Pages: D07-31-1-D07-31-6
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Ultrahigh-sensitive detection of molecular orientation at surfaces with metastable atom electron spectroscopy (2010)
  • Author(s): N.Ueno
  • Organizer: Practical Instrument and Analytical Technology in Nanostructure Characterization at NanoMedicine
  • Place of Presentation: Beijing, China
  • Year and Date: 2010-10-23
• [Presentation] 有機半導体の電気伝導と電子構造:有機デバイス界面のミステリーに光をあて-る (2010)
  • Author(s): 上野信雄
  • Organizer: 2010年高分子学会有機EL講習会「有機半導体デバイスの基礎から応用まで」
  • Place of Presentation: 発明会館ホール(東京)(招待講演)
  • Year and Date: 2010-10-15
• [Presentation] Bridging electronic states and electrical property of organic semiconductors by ultimate use of photoelectron spectroscopy (2010)
  • Author(s): N.Ueno
  • Organizer: International seminar
  • Place of Presentation: Institute of Chemistry, CAS, Beijing, China
  • Year and Date: 2010-08-26
• [Presentation] Open a door to the mysteries at organic-device interfaces : Detection of ultralow density-of-states in the band gap (2010)
  • Author(s): N.Ueno
  • Organizer: Symposium IRIS 1 : HYBRID SYSTEMS FOR OPTICS AND ELECTRONICS
  • Place of Presentation: Humboldt University, Berlin-Adlershof, Germany
  • Year and Date: 2010-07-13
• [Presentation] Introduction to Organic Semiconductor Research : Physics of the Carrie Transport in Organic Semiconductors, Narrow Band materials (2010)
  • Author(s): N.Ueno
  • Organizer: International Seminar
  • Place of Presentation: Zhengzhou University, Zhengzhou, China
  • Year and Date: 2010-06-14
• [Remarks] 千葉大学融合科学研究科グローバルCOEプログラムホームページ
  • URL: http://ww.gcoe.tf.chiba-u.jp/
• [Remarks] 千葉大学上野信雄研究室ホームページ
  • URL: http://ulab-www.tf.chiba-U.jp/