Study on the Gap Renormalization and the Property Change for Molecules Adsorbed on Surfaces

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H02694
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 32010:Fundamental physical chemistry-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Kato Hiroyuki 大阪大学, 大学院理学研究科, 准教授 (80300862)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山田 剛司 大阪大学, 大学院理学研究科, 助教 (90432468)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: HOMO-LUMOギャップ / 導電特性 / 光学特性 / 光電子分光法 / 走査トンネル顕微/分光法 / 差分反射分光法

Outline of Final Research Achievements

In charge transport through molecular films, the highest occupied orbital (HOMO) and lowest unoccupied orbital (LUMO) levels receive different electrostatic interactions from the electrode substrate because holes/electrons flow in these levels. Therefore, the energy gap between the two orbitals changes with the distance from the surface, i.e. gap renormalization. However, this phenomenon has not been sufficiently discussed. In the present subject, we aimed to elucidate these phenomena through comprehensive experiments and constructed several apparatuses to measure the HOMO/LUMO levels and the properties (electrical conductivity and optical properties) of functionalized self-assembled monolayers.

Free Research Field

表面物理化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

分子デバイスにおいて、分子が求められる物性は導電性や吸光/発光特性であり、分子のHOMO準位およびLUMO準位の正確な情報が欠かせない。しかし、電極近傍のギャップリノーマリゼーションの影響については、十分な議論がなされていなかった。その要因として、電子状態変化と分子物性（導電性や光学特性）変化を直接的に結びつける研究が希薄だったことにある。特に、分子薄膜の物性を表面からの距離の関数として計測する研究は限られており、これを総合的に研究する術を構築することは、物性科学における基礎と応用の両面から重要と思われる。本研究課題では、既にある装置の改良や新奇装置の構築を進め、この解明を目指した。