Development of polymeric superconductor

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K20562
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 35:Polymers, organic materials, and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Watanabe Shun 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (40716718)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 黒澤 忠法 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 助教 (30720940)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2023-03-31
• Keywords: 高分子 / 化学ドーピング / 超伝導

Outline of Final Research Achievements

We carried out material science research aiming at the realization of superconducting transition in pi-conjugated polymers. Metallic conduction in highly doped conductive polymers has been realized when a reasonably large carrier density, such as one charge per polymer unit, is realized. In addition, as a result of high-density doping on the surface of single crystalline small molecules, we succeeded in observing the world's first metal-insulator transition in organic semiconductors. This result suggests that the electronic phase transition is feasible even in disordered systems, and the possibility of a superconducting transition is being highlighted. Although the ultimate goal of polymer superconductivity was not achieved, significant results were obtained in dopant materials and doping technology.

Free Research Field

高分子物性

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、高分子半導体のナノスケール空隙を機能性空間として活用することにより、ホストの構造周期性を乱すことなくゲストとなる異種分子の導入・脱離・交換を実現した。高い結晶性・高い電気伝導度が実現された高分子の中では、電子は波のように振る舞い、通常の金属が示す電子物性をすべからく満たすことも分かってきた。つまり、固体物理学の標準理論で説明可能な電子相転移が高分子材料でも実現する可能性が強く示唆された。高分子の結晶性と電子物性を固体物理学の観点から整備した上で物質科学を展開することで、貴金属の代替だけでなく、様々な物理化学現象の制御に貢献することが期待できる。