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2011 Fiscal Year Research-status Report

有機半導体への位置選択的ドーピング

Research Project

Project/Area Number 23656011
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

下谷 秀和  東北大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (60418613)

Project Period (FY) 2011-04-28 – 2013-03-31
Keywordsカーボンナノチューブ / 電界効果トランジスタ / 電気二重層
Research Abstract

今年度は電気二重層トランジスタと呼ばれるデバイス構造を用い、単層カーボンナノチューブ薄膜のキャリア濃度の電気化学電位による制御をおこない、吸収スペクトルと電気伝導度の同時測定をおこなった。試料には密度勾配超遠心分離法により、半導体単層カーボンナノチューブと金属単層カーボンナノチューブに分離した後、薄膜化したものをそれぞれ用いた。 吸収スペクトルは半導体単層カーボンナノチューブ薄膜においては伝導帯、価電子帯ともに第2サブバンドまで、金属単層カーボンナノチューブ薄膜においては伝導帯、価電子帯ともに第1サブバンドまでキャリアドーピングが行われていることが分かった。その結果、金属単層カーボンナノチューブ薄膜において、ON/OFF比5倍以上の電気伝導度の変化を得ることができた。バリスティックな1次元導体では、その電導度はフェルミ準位を横切るサブバンドの数に比例することが期待され、この電気伝導度の変化はフェルミ準位が第1サブバンドに達することにより生じたと考えられる。実際、光吸収スペクトルは電気伝導度が大きく変化した電位でフェルミ順位が第1サブバンドに到達したことを示した。通常の電界効果を用いた場合は、金属単層カーボンナノチューブのフェルミ準位を第1サブバンドまでシフトさせるまでには至らないが、今回、電気二重層トランジスタを用いることで、これが可能になった。また、半導体カーボンナノチューブ薄膜でも同様に伝導に寄与するサブバンド数の変化による電気伝導度の変化が観測された。 これらの結果は、初めての金属単層カーボンナノチューブのトランジスタ動作を実現したと同時に、薄膜においてもカーボンナノチューブの1次元性が伝導特性に大きく反映されていることを明らかにした。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究の目的は、有機および炭素系物質半導体薄膜への電気化学的キャリアドーピングとその位置選択的固定化である。今年度の研究により、カーボンナノチューブ薄膜への電子および正孔の電気化学的キャリアドーピングに成功した。また、高分子薄膜への電気化学ドーピングも行っており、研究目的の前半は達成された。

Strategy for Future Research Activity

今後は、有機半導体薄膜に電気化学的にドーピングされたイオンを固定化する研究を行う。固定化の方法として、光反応器を持つ電解質の光化学反応、および電解液としてイオン液体を用い、その凝固を利用する場合の両方を試みる。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

次年度の研究費は、主にイオン液体等の電解質や高分子半導体等の購入に使用する。

  • Research Products

    (15 results)

All 2012 2011

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 7 results) Presentation (8 results)

  • [Journal Article] Strain-Mediated Phase Control and Electrolyte-Gating of Electron-Doped Manganites2011

    • Author(s)
      P. H. Xiang, S. Asanuma, H. Yamada, I.H. Inoue, H. Sato, H. Akoh, A. Sawa, K. Ueno, H. T. Yuan, H. Shimotani, M. Kawasaki, Y. Iwasa
    • Journal Title

      Advanced Materials

      Volume: 23巻 Pages: 5822-5827

    • DOI

      DOI:10.1002/adma.201102968

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Accessing the transport properties of graphene and its multilayers at high carrier density2011

    • Author(s)
      J. T. Ye、M. F. Craciun、M. Koshino、S. Russo、S. Inoue、H. T. Yuan、H. Shimotani、A. F. Morpurgo、Y. Iwasa
    • Journal Title

      Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America

      Volume: 108巻 Pages: 13002-13006

    • DOI

      DOI:10.1073/pnas.1018388108

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Molecular thermal contraction of Ar@C60 endohedral fullerene2011

    • Author(s)
      N. Dragoe, A.M. Flank, P. Lagarde, S. Ito, H. Shimotani, H. Takagi
    • Journal Title

      Phys. Rev. B

      Volume: 84 Pages: 155448-1-4

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.84.155448

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Hole reduction and electron accumulation in YBa2Cu3Oy thin films using an electrochemical technique: Evidence for an n-type metallic state2011

    • Author(s)
      T. Nojima, H. Tada, S. Nakamura, N. Kobayashi, H. Shimotani, Y. Iwasa
    • Journal Title

      Phys. Rev. B

      Volume: 84 Pages: 020502-1-4

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.84.020502

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Liquid-Gated Ambipolar Transport in Ultrathin Films of a Topological Insulator Bi2Te32011

    • Author(s)
      H. T. Yuan, H. Liu, H. Shimotani, H. Guo, M. Chen, Q. Xue, Y. Iwasa
    • Journal Title

      Nano Lett.

      Volume: 11 Pages: 2601-2605

    • DOI

      10.1021/nl201561u

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Discovery of superconductivity in KTaO3 by electrostatic carrier doping2011

    • Author(s)
      K. Ueno, S. Nakamura, H. Shimotani, H. T. Yuan, N. Kimura, T. Nojima, H. Aoki, Y. Iwasa, M. Kawasaki
    • Journal Title

      Nat. Nanotech.

      Volume: 6 Pages: 408-412

    • DOI

      10.1038/NNANO.2011.78

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Electrically Induced Ferromagnetism at Room Temperature in Cobalt-Doped Titanium Dioxide2011

    • Author(s)
      Y. Yamada, K. Ueno, T. Fukumura, H. T. Yuan, H. Shimotani, Y. Iwasa, L. Gu, S. Tsukimoto, Y. Ikuhara, M. Kawasaki
    • Journal Title

      Science

      Volume: 332 Pages: 1065-1067

    • DOI

      10.1126/science.1202152

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] One-dimensional nature in transport property of2012

    • Author(s)
      Hidekazu Shimotani
    • Organizer
      APS March Meeting 2012
    • Place of Presentation
      Boston Convention Center(アメリカ)
    • Year and Date
      2012年3月2日
  • [Presentation] 固液界面の強電場を利用したキャリア制御による電子相転移の発現2012

    • Author(s)
      下谷秀和
    • Organizer
      日本物理学会 第67回年次大会(招待講演)
    • Place of Presentation
      関西学院大(兵庫県)
    • Year and Date
      2012年3月27日
  • [Presentation] 電気二重層トランジスタによる金属・有機界面のキャリア注入機構の解明2012

    • Author(s)
      下谷秀和
    • Organizer
      特定領域研究「配列ナノ空間を利用した新物質科学 ユビキタス元素戦略」配列ナノ空間研究会(第3回)
    • Place of Presentation
      東京工業大学(東京都)
    • Year and Date
      2012年3月23日
  • [Presentation] 金属・半導体分離単層カーボンナノチューブ薄膜の連続的キャリア濃度制御2012

    • Author(s)
      下谷秀和
    • Organizer
      特定領域研究「配列ナノ空間を利用した新物質科学 ユビキタス元素戦略」第9回領域会議
    • Place of Presentation
      物質・材料研究機構(茨城県)
    • Year and Date
      2012年1月6日
  • [Presentation] 金属・半導体分離SWNT薄膜の1次元的伝導特性2011

    • Author(s)
      下谷秀和
    • Organizer
      日本物理学会 2011年秋季大会
    • Place of Presentation
      富山大学(富山県)
    • Year and Date
      2011年9月21日
  • [Presentation] Continuous Carrier Tuning in Metallic and Semiconducting SWNT Film2011

    • Author(s)
      下谷秀和
    • Organizer
      特定領域研究「配列ナノ空間を利用した新物質科学」若手研究会
    • Place of Presentation
      東北大学(宮城県)
    • Year and Date
      2011年7月15日
  • [Presentation] One-Dimensional Electronic Transport in Nanotube Random Network Transistors at Room Temperature2011

    • Author(s)
      Hidekazu Shimotani
    • Organizer
      2011 MRS Fall Meeting & Exhibit
    • Place of Presentation
      Hynes Convention Center(アメリカ)
    • Year and Date
      2011年11月30日
  • [Presentation] 金属・半導体分離単層カーボンナノチューブ薄膜の連続的キャリア濃度制御2011

    • Author(s)
      下谷秀和
    • Organizer
      第5回物性科学領域横断研究会
    • Place of Presentation
      東北大学(宮城県)
    • Year and Date
      2011-11-20

URL: 

Published: 2013-07-10  

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