2022 Fiscal Year Research-status Report
結晶構造の対称性に着目した有機ー無機ハイブリッドハライド結晶の合成と機能探索
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21K04646
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
齋藤 紀子 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主任研究員 (20354417)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大橋 直樹 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 拠点長 (60251617)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ハイブリッドハライド / 結晶成長 / 結晶構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
有機－無機ハイブリッドハライド結晶は、次世代太陽電池の候補として注目されているが、接触感知フレキシブルデバイスなどの、軽量で柔軟な圧電デバイス応用にも期待できる。そのためには、ハイブリッドハライドの有機分子の自発的配向誘起による、結晶の対称性制御が必要である。
本研究では、大きさの異なる有機分子の導入と、３ｄ遷移金属元素を用いた無機フレームワークの構造変化を試み、結晶対称性への影響を調べる。溶液プロセスによって新物質を合成し、単結晶構造解析と密度汎関数法（DFT）計算によって有機分子イオンの配向を調べ、圧電体などへの応用を検討する。構造と物性の関係についての理解から、有機－無機ハイブリッドハライド強誘電体や圧電体の設計への指針を得ることを目標とする。
新化合物：ホルムアミジニウム (FA)-塩化鉛-ジメチルスルホキシド (DMSO)[CH(NH2)2]Pb(C2H6OS)Cl3 の単結晶を合成し、単結晶 X 線回折研究により、113-293 K の温度範囲で単斜晶 (P21/c) 対称性を示すことが分かった。DMSO の酸素原子が取り入れられた歪んだ [PbOCl5] 八面体は、エッジ共有によって二量体を形成し、(100)面に平行に伸びた疑似2Dジグザグ層を形成した。擬似2Dジグザグ層の間で FA+ カチオンが構造的に整列していた。密度汎関数法で、結晶の形成エンタルピーを計算し、相安定性を説明した。
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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
MAPbI3（MA: メチルアンモニウム）やFAPbI3（FA: ホルムアミジニウム）などの有機―無機ハイブリッドハライドは、構造－物性相関の検討において、無機結晶にない自由度を持つことができる。本年度は、大きさの異なる有機アミン類を変えて、ハイブリッドハライド結晶の合成を行った。金属については、銅やすずなどのｄ電子を持たない金属元素に加えて、価数制御でイオン半径、配位数、配位形式の変化が期待される、鉄、マンガンなどの３ｄ遷移金属元素を用いた合成を試みた。また、溶媒分子を含む単結晶の合成と構造解析も行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
半導体結晶が期待されるインジウム、亜鉛などの化合物の合成探索を行う。結晶構造解析と電気特性、光学特性の評価を進める。バンドギャップに応じ、発光特性やホール効果の測定などを行い、オプトエレクトロニクス応用に向けたポテンシャルを評価する。圧電特性の評価には、PFM（圧電応答プローブ顕微鏡）を用いる。ラマン散乱、赤外吸収特性を測定し、イオン輸送や結晶内での変位挙動についての情報を得るとともに、DFT計算を行い、電子構造とフォノンについて検討する。
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| Causes of Carryover |
１年目に予定していた薄膜合成装置を購入しなかったため、次年度使用額が生じた。
次年度使用額は、研究業務員の人件費に用い、化学合成実験を加速させる。
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