2014 Fiscal Year Research-status Report
双極子モーメントを利用した有機－酸化物接合界面の電荷キャリアダイナミクス制御
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25410085
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
小澤 健一 東京工業大学, 理工学研究科, 助教 (00282822)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 有機－酸化物接合界面 / 電荷移動 / エネルギー準位接続 / 表面電気伝導度 / 双極子モーメント / 光電子分光 / X線吸収分光 / 四端子電気伝導測定 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，有機分子の持つ永久双極子モーメントが有機－酸化物接合界面における電荷キャリアの移動量や移動速度に及ぼす影響を評価し，制御することを目的としている。分子面と垂直に双極子モーメントが立つシャトルコック型フタロシアニン（中心原子団がTi=OとV=O）が，チタン酸ストロンチウム表面，および酸化亜鉛表面に吸着した時の吸着状態と電子構造を，放射光を励起光源とした光電子分光とX線吸収分光により検証した。これらのシャトルコック型フタロシアニンは，永久双極子モーメントが垂直になるように（真空側がマイナス，表面側がプラス）表面に吸着する。吸着により酸化物表面でバンドベンディングが誘起されることが分かった。バンドベンディングの大きさは，Ti=Oフタロシアニンの方がV=Oフタロシアニンよりわずかに大きく，これはフタロシアニンのもつ双極子モーメントの違いを反映していると考えられる。通常，吸着により誘起される半導体表面のバンドベンディングは，吸着種－表面間の電荷移動の観点から議論される。しかし，フタロシアニンと酸化物表面の相互作用はvan der Waals相互作用で特徴づけられ，フタロシアニンの最高占有準位と最低非占有準位のエネルギー位置，およびチタン酸ストロンチウム，酸化亜鉛のバンドギャップの位置関係から判断すると，電荷移動がないと予想される。従って，吸着により誘起される酸化物表面のバンドベンディングは，分子の双極子モーメントによるものと結論した。これは，中心原子団の位置に2個のH原子が結合しているフタロシアニン（双極子モーメントがない）の吸着では，バンドベンディングが誘起されない事からも支持される。有機－酸化物接合界面で初めて，表面電場効果により酸化物表面の電荷密度の制御が可能であることを示すことができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
平成26年度は，吸着フタロシアニンから基板酸化物表面への電荷移動速度をcore-hole clock測定により決定することを予定していたが，システムの立ち上げと標準試料（チタン酸ストロンチウム表面に化学結合により吸着したテトラシアノキノジメタン（TCNQ））の測定にとどまった。ただし，TCNQの非占有準位に励起された電子が基板表面に遷移する時間が数fs以下であることを決定することができ，非常に速いキャリアダイナミクスを捉えられることが可能なシステムを構築できたことを示せた。過去の二ヵ年でn型酸化物半導体（チタン酸ストロンチウムと酸化亜鉛）を扱ってきたが，当初予定していたp型酸化物半導体Cu2O(111)についてはまだ実験が行えていない。これを平成27年度に行う予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成27年度は，n型酸化物半導体表面でのcore-hole clock測定を行う。また，Cu2O(111)表面におけるフタロシアニン吸着による電子構造変化，電荷移動，仕事関数変化の検証を行い，n型半導体表面との違いを見出すことを目的とする。
平成27年度後期に，フランスの放射光施設SOLEILにおいて，チタン酸ストロンチウム表面にフタロシアニンが吸着した系の時間分解光電子分光測定を行い，UV光照射で生成した励起電子と正孔のダイナミクスの実時間追跡をする予定である。これにより，フタロシアニン－酸化物接合界面におけるエネルギー準位接続とキャリアダイナミクスの相関を明らかにする。
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