2013 Fiscal Year Research-status Report
パイ共役分子/金属界面に現れる界面準位の起源および形成機構の解明
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25870034
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Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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| Research Institution | Iwate University |
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Principal Investigator |
細貝 拓也 岩手大学, 工学部, 助教 (90613513)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 界面電子構造 / 有機半導体 / 金属電極 / 界面電荷移動 / 角度分解光電子分光 / X線定在波法 |
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| Research Abstract |
有機半導体/金属界面の電子構造において特異に現れる電荷移動(CT)準位の形成機構を明らかにするべく、本年度はペリレン系有機化合物のジインデノペリレン(DIP)を貴金属単結晶Cu(111), Ag(111)基板上に吸着させ、放射光角度分解紫外光電子分光法(ARUPS)(分子科学研究所UVSOR)による界面電子構造、およびX線定在波法(ヨーロッパ放射光研究施設ESRF)による分子の基板吸着力の評価を行った。それによって以下の結果を得た。
１. DIPは各金属基板上でファン・デア・ワールス半径を超える小さな吸着距離をとっており、基板の波動関数との大きな重なりによる電荷移動を伴った強い相互作用で吸着していることが示唆された[C. Buerker, et al., Phys. Rev. B 87 (2013) 165443]。
２. 実際、ARUPSとX線光電子分光法の測定によって、基板から分子の最低非占有軌道への電荷移動による界面CT準位の形成が確認できた（基板との電荷移動錯体の形成）。これは、我々が提唱してきたこれまでのモデル―界面CT準位の発現には分子内のヘテロ原子と基板原子との化学結合が必要[G. Heimel, et al., Nature Chem. 5 (2013) 187]）―を覆す結果であり、既存モデルの再考が必要である示している [第34回(2013年春季)応用物理学会講演奨励賞受賞講演。T. Hosokai, et al., Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 1647 (2014)]。
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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
有機/金属界面準位の形成機構に関しては予想を超える成果が得られている。さらに実験で利用した分子科学研究所の極端紫外光研究施設(UVSOR)のビームタイムを上手くスケジュールすることで、当初の目的であるDIPと各種貴金属の界面電子構造を検討するだけでなく、界面電荷移動を起こすための分子構造条件を探るべく、それ以外の有機分子群についても同様な研究が行えた。ただし、界面CT準位の分子軌道分布（波動関数）の帰属に必要な光電子放出角の逆格子空間マッピングの解明の研究はやや遅れている。これは用いた基板表面の高い対称性（111面）に起因した複数の分子配向軸の存在によって光電子の放出角が複雑化し、解析が困難となっているためである。
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| Strategy for Future Research Activity |
ARUPSの実験に必要なビームタイム（@UVSOR）はすでに確保している（評価は最高ランクから2番目。前期と後期でそれぞれ2週間ずつ）。
界面CT準位の光電子放出マップの解析に内在する課題を解決するためには、吸着分子の面内配向の単一化が必要である。そこで本年度は、より対称性の低い(110)や(100)面を用いることでこの課題の解決を試みる。特に(110)面は他の分子で報告されているように、単一面内配向の単結晶分子ドメインの作製ができる可能性がある。単一配向分子膜の形成を低速電子線回折によって確認したのちに、ARUPSによって光電子放出マップを取得する。その後、千葉大学で開発された計算シミュレーションと上記の測定結果を合わせることで、界面CT準位を構成する分子軌道分布の解明を試みる。
一方、前年度から進めてきた界面CT準位の形成条件の解明も並行して行う。DIPの化学構造式を基準として系統的な有機分子群の貴金属基板上の界面電子構造の評価を行い、分子構造と界面CT準位形成の相関を明らかにする。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
物品費の余剰金については、当初購入予定であった金の貴金属単結晶が値上がりしたために購入することができなったことによるもの。旅費の余剰金については、当初の予想より支出を抑えることができたため発生した。
物品費に関しては当初の計画の超高真空部品(消耗品)に加えて、新規の有機半導体材料や金の単結晶基板の代わりに金属線と金属膜を作製するためのシリコン基板の購入費用に当てる。旅費に関しては、当初の計画に加えて表面・界面関係の国際会議発表（European Conference on Surface Science (ECOSS)-30 in Antalya (Turkey)）も行う。
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[Journal Article] Exploring the bonding of large hydrocarbons on noble metals: Diindoperylene on Cu(111), Ag(111), and Au(111)2013
Author(s)
C. Buerker, N. Ferri, A. Tkatchenko, A. Gerlach, J. Niederhausen, T. Hosokai, S. Duhm, J. Zegenhagen, N. Koch, and F. Schreiber
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Journal Title
Physical Review B
Volume: 87
Pages: 165443-1 to -5
DOI
Peer Reviewed
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