2013 Fiscal Year Annual Research Report
電子スピン共鳴電流を利用した新規有機スピンデバイスの開発と基盤技術の創生
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25288117
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
鐘本 勝一 大阪市立大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (40336756)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 電子スピン共鳴 / 誘起電流 |
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| Research Abstract |
近年、半導体スピン物性として、電子スピン共鳴（ESR）時に誘起される電流が注目されている。申請者は最近、ポリマーダイオードを改変することによって、従来の最高値をはるかに凌ぐほどにESR時の電流を増強させることに成功した。その系は、磁場を制御因子として捉えることで、ESR電流を、従来性能を遥かに凌ぐ新規磁気抵抗素子として利用できる可能性を有している。本年度は、そのための基盤技術を確立させることを目的として、基礎的性質を調べた。特に、有機半導体について、どのような過程で作成された素子が、そのESR電流を強く示すのかについて調べた。これまで調べてきた過程では、空気処理を行うことで、ESR電流が増強されることがわかっている。今回は、その処理に要する時間を変化させたり、酸素濃度自体が影響するのかなどについて調べた。その結果として、現状での、最適な空気処理条件を明確にすることができた。さらには、通常の素子では、サンドイッチ型半導体素子構造を用いているが、その間に絶縁層を導入することで、定常電流を低減させた環境下での測定も実施した。その系では、絶縁層の効果として、定常電流自体はゼロにすることができたが、ESR電流は大きく減少した。それは、絶縁層の導入により膜厚が増加したことが原因であると推定している。また、絶縁層に高誘電率の試料も用いたが、余り有用な結果は得られなかった。以上の研究結果から、最大限のESR電流を与える素子系について、概ね特定できたと考えている。
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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
本年度の、当初における計画では、π共役ポリマーのサンドイッチ型ダイオード素子において観測された。ESR誘起電流を最大にする実験条件を確立させることが主であった。それについては、種々の素子作成を行い、その特性を注意深く調べることで、概ね達成できたと言える。それに加えて、ESR電流を増強させるための、実験条件の最適化についても検討を行った。当初は、光励起波長、光励起強度、マイクロ波強度、温度について検討する計画であった。温度については、低下させると大きく減少することが分かった。それは恐らく、ESR電流を発生させるのに、試料の移動度が関係しており、温度低下により、移動度が大きく減少することに起因すると推定している。光励起強度については、余り強い場合は、試料の劣化が発生するため、それを起こさせない際の光強度が最適であった。そのような経過により、実験条件についても、概ね有益な情報を引き出すことができた。また、最適な有機半導体材料を特定することも計画していたが、これまで用いていたポリマー材料よりも優れた特性を示す分子性半導体を特定することができた。ただし、それ以外の他物質については、調べることが実現できなかった。そのため、今後、継続して調べることを計画している。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの予定では、ESR電流を与える最適な系についての特定を先に行い、その系に対して、磁気抵抗素子や量子情報系への応用を考えていくことになっていた。現状では、最適な系についてのおよその選定は行っているが、実際にそれがベストなのかについてはまだ完全に特定できていない。そのため、その特定に関しては、継続して調べていくことを考えている。同時に、現状で、ダイオード用の電極材料として、現在は透明電極であるITOを陽極に、Alを陰極に用いているが、異なる金属または半導体材料を電極材料として試行実験を行う予定である。そのために、新規に高精度の真空蒸着装置を購入して実験を実施する。
現状では概ね計画通りに進んでおり、以上の実験を経て、磁気抵抗素子としての応用を検討する。その実験を実現するために、ESR装置の改良を計画している。例えば、磁場変調用のコイルシステムを自らで構築し、その応答を調べることで、実際に磁気抵抗応答が可能か調べることを計画している。
さらには、ラジオ波照射用のESRキャビティを購入し、ラジオ波による、電子スピン状態のコントロールのための実験系を構築する。その実験のためには、電子スピンと核スピンの結合が強い系が求められる。そのため、その実験に適した系の模索も行う。現状では、水素核をもつ通常の有機半導体系が適するのではと考えているが、通常水素核は、電子との相互作用が必ずしも強くないため、分子骨格に核が導入されている系を含めて、最適化を試みる。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
当初の予定では、平成２５年度に、真空蒸着装置とラジオ波照射用のESRキャビティを購入する計画であった。しかしながら、まず、最適な試料系を先に特定する必要があったが、それが予想よりも時間を要した。当初では、その試料系の特定を経て、その作成条件に適した装置を購入する予定であったので、上記装置の購入自体が遅れる結果となった。それに加えて、実験条件によっては、真空蒸着装置は、真空度や、クリーンさにおいて高精度のものが要求される可能性があり、装置の購入をかなり慎重に検討しなくてははいけなかった。さらに、ラジオ波照射用のキャビティについても、実験条件と合わせるためには、特別な仕様にする可能性もあり、購入自体を急がないように決めた。以上の理由により、購入自体を次年度に持ち越すことにし、未使用額が発生した。
研究自体は、概ね当初の予定通りに進行しており、最適な試料系の選定も概ねできている。そのため、当初の予定通りに研究を進行させるため、平成２６年度に、当初購入予定の、真空蒸着装置とラジオ波照射用キャビティを購入し、研究に用いる。上述のとおり、それぞれの装置について、必要な仕様を注意深く決定する必要があるが、概ね仕様の選定は終えている。ただし、万全を期すため、再度、最適な試料系についての確認実験を実施し、その結果と照らし合わせながら、購入時期については決定する予定である。概ね夏ごろまでには機種を最終決定し、購入を進める計画である。それにより、年度後半には、間違いなくそれら新規装置を稼働させ、新規実験に着手する計画である。以上の計画から、発生した次年度使用額については、平成２６年度に全て使用する計画である。
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Research Products
(3 results)
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[Presentation] Spin Pair States in Polymer Light Emitting Diodes2013
Author(s)
K. Kanemoto and K. Kimura
Organizer
The 7th Japanese-Russian International Workshop on Open Shell Compounds and Molecular Spin Devices, Awaji International Conference Center
Place of Presentation
Awaji Yumebutai International Conference Center, 淡路島
Year and Date
20131117-20131120
Invited
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