2020 Fiscal Year Annual Research Report
トポロジカル励起スピン制御によるπラジカル材料のエレクトロニクス素子への展開
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20H02715
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
手木 芳男 大阪市立大学, 大学院理学研究科, 教授 (00180068)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉田 考平 大阪市立大学, 大学院理学研究科, 特任助教 (20845789)
藤原 正澄 大阪市立大学, 大学院理学研究科, 講師 (30540190)
松下 未知雄 名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (80295477)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | πトポロジー / 励起スピン状態制御 / πラジカル / 電界効果トランジスタ / TIPS-ペンタセン / 電気的検出ESR / 光耐久性 / 増強系間交差 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ペンタセンは、結晶状態での高いホール伝導度と薄膜化の容易さのため有機半導体素子への応用が期待されているが、可視光による劣化と有機溶剤に対する難溶性が素子作製や実用化の大きな障害となっていた。代表者らは、ペンタセン類にπラジカルをπ共役で付加することによりペンタセン類の光耐久性と溶解度が著しく向上することを報告してきた。本研究課題は上記のこれまでの知見に立脚し、（１）トポロジカル励起スピン制御による高い光耐久性と機能性を有するπラジカルの創生、（２）新規πラジカル材料を用いた有機エレクトロニクス素子への展開の２課題を密接に関連させながら並行して研究を遂行した。
πトポロジーを利用した励起状態制御に立脚してTIPS（triisopropylsilylethynyl)基と安定ラジカル置換基をそれぞれ1つずつ持つ2種のペンタセン－ラジカル連結系を合成し、電子スペクトル、電子スピン共鳴（ESR）、等により同定し、その光耐久性を調べた。さらに、それらの参照試料となるTIPS-ペンタセンの薄膜試料を独自設計の櫛型電極上に真空蒸着により作成し、その励起状態ダイナミクスと光電流生成機構を、光電流と電気的検出磁気共鳴（EDMR)信号の温度変化測定により明らかにした。また、ペンタセン－ラジカル連結系の電界効果トランジスタ（FET）性能の評価に向けて、特注櫛型電極を試作し、それを用いてTIPS-ペンタセンの薄膜試料のFET性能の評価を行い、文献との比較により当研究室でのFET性能評価の基盤を構築した。また、このFET素子と自作の回路を組み合わせることにより、ゲート電極に電界印加条件下でのTIPS-ペンタセンの薄膜試料の光電流のEDMR測定にも成功した。これらにより（２）の課題の実現に向けた基礎的知見を得た。
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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
申請計画通りπトポロジーの異なる2種のペンタセン-安定ラジカル連結系を合成し、その光耐久性を評価した。t-Butyl-nitroxide radical系も当初計画していたが、最終生成物のラジカルが化学的に不安定なため単離には成功しなかった。そこで、ラジカルの種類を変更したが、それ以外は計画通りに進行している。また、次年度以降の測定に向けてTIPS-ペンタセンを標準試料に用いて、特集櫛型電極を使用した電界効果トランジスタ性能評価システムも構築でき、さらに、ゲート電極印加条件下での光電流モニターによる電気的検出ESRの検出にも成功した。課題（１）に関しては、ラジカル種の変更等一部計画通りには進まなかった部分もあるが、次年度以降の課題（２）に向けた準備が着実に進んでおり、研究は申請計画に沿って概ね順調に進行している。
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| Strategy for Future Research Activity |
概ね順調に研究は進行しているので、ほぼ申請計画通り研究を推進する。ラジカル系の合成経路はほぼ確立したので、次年度以降はラジカル系の大量合成を行い物性測定の方に重点を移して研究を遂行する。次年度は、特にペンタセン-ラジカル連結系の材料を用いて電界効果トランジスタ（FET）素子を試作し、FET性能の評価を実施する。また、電界印加ESR測定や光電流測定、電気的検出ESRによるキャリアダイナミクスの解明も手掛ける。
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