2022 Fiscal Year Research-status Report
Microscopic electronic transport and superconductivity in organic polymers
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21K18591
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
佐々木 孝彦 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (20241565)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Keywords | 導電性有機高分子 / 電子輸送現象 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，導電性有機高分子材料に対して，物性物理学的視点から電気伝導機構の解明を試み，更なる高電気伝導化への指針獲得を目指している．研究期間２年目となる本年度は，研究協力者として参画している奥崎秀典教授(山梨大学)，東ソー(株)が新たに開発した自己ドープ型導電性高分子材料S-PEDOTについて，各種の成膜手法，成膜条件による導電性膜の作製及びその電気伝導性，赤外光学反射評価を重点的に行った．
S-PEDOTは，これまでに多くの研究が行なわれてきたPEDOT:PSSとは異なり，自己ドープによって伝導キャリアを生成し，また成膜後の後処理などの高電気伝導化するためのプロセスが必要無いなどの特質や利点がある．しかし，新しい材料であるため，基本となるキャリア輸送機構についての情報集積・物理機構理解が進んでいない． S-PEDOTの電気抵抗の温度依存性と赤外反射率測定を，高分子重合度や成膜条件が異なる複数の試料を用いて測定し，電気伝導性についてはいくつかの電気伝導機構モデルを適用した解析を行い，赤外反射率についてはPEDOT:PSSの結果との比較を行った．その結果，PEDOT:PSSの場合は，高電気伝導化が成膜後の処理により進むにつれて，電気伝導機構もホッピング伝導（可変領域型）から乱れた金属(弱局在)に変化していくのに対して，S-PEDOTの場合は，膜作製条件などにより高電気伝導化した試料においてもホッピング伝導を維持したまま局在長が長くなっていく振る舞いが観測された．このことは同程度の高電気伝導性を有するPEDOT:PSSとS-PEDOTにおいて，電気伝導機構が異なることを示している．また，成膜条件などの改良により結晶化度上げることで，さらに高電気伝導性を得るための金属的伝導性を得ることが可能であることを示唆している．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
新しい導電性有機高分子材料S-PEDOTについて共同研究を新たに実施することで，当初計画におけるPEDOT:PSSのみの研究から両者の比較研究が行なえるようになった．このため異なるキャリアドープ機構を相互比較できるようになり電気伝導機構モデルを検討するうえでの重要な進展となった．一方で，研究成果の発表において，データの解析に時間がかかっているため出版に至っていない．次年度にこの進捗を図る．
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| Strategy for Future Research Activity |
典型的導電性高分子材料PEDOT:PSSの成膜方法・条件の探索による高電気伝導化と伝導機構解明との対比として新規な自己ドープ型導電性高分子材料S-PEDOTの伝導機構解明を電気伝導度測定，赤外光学測定から進める．両者の構造特性や伝導特性の相違点と類似性を見極めることで，高分子材料系の伝導機構解明を進める．応用材料として必要とされる更なる高電気伝導化に向けた物性物理視点のアプローチを可能とする詳細な電子状態解明に向けて，電気伝導性，赤外物性に加えて精密エックス線散乱測定によって微視的構造計測を進める．
実験データの集積は進んでいるため，解析・比較検討を進めて成果発表，論文化を進める．
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| Causes of Carryover |
当該年度において研究成果の発表として応用物理学会や国際会議での対面講演発表や共同研究者との打合せ出張などを予定していたが，新型コロナ感染拡大防止のために学会発表の一部や打合せはオンラインで行うことになり，また出張実験については延期となった．このため当初計画で計上していた国内出張旅費に相当する部分が次年度使用となった．2023年度は，状況の変化により十分な出張実験や対面発表，論文発表のための費用等に経費が必要となる．次年度使用分と合わせることにより当初計画の研究を進展させる．
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