2017 Fiscal Year Annual Research Report
低エネルギー逆光電子分光法による有機半導体の空準位バンド分散測定
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26288007
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
吉田 弘幸 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (00283664)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 低エネルギー逆光電子分光 / バンド分散 / 有機半導体 / 伝導帯 / 角度分解逆光電子分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目標は、申請者の開発した低エネルギー逆光電子分光法により角度分解測定を実現し、有機半導体の空準位分子軌道の重なりによるバンド分散を世界で初めて観測することである。このための装置開発が主な研究目的である。
2016年度までに、真空槽を超高真空に到達させ、逆光電子分光測定や試料作製に必要な部品の取り付けを完了した。これを用いて角度分解でない低エネルギー逆光電子分光測定を行ない、スペクトル測定が行えることまで確認した。
低エネルギー逆光電子分光では、1～5 eVの低速電子を試料に照射して発生する光を検出する。低速電子の扱いが難しいため、これまでは20 eV程度の電子線を発生させて、負のバイアス電圧を印加することで1～5 eVに減速して測定を行っていた。しかし、角度分解測定を行うと試料にバイアス電圧を印加すると電子線が曲げられてしまうため、最初から5 eV以下の低速電子を発生させ試料に照射しなければならない。そこで専用の低速電子源を開発してきた。2017年度の課題は、低速電子線の発生と角度分解測定の実現である。
当初は、7 eV以下の電子線は試料に到達することさえできなかった。これは、低速電子が残留磁気や電場により曲げられてしまうためと考え、徹底した磁場と電場の遮蔽を行った。さらに、電場計算・軌道シミュレーションを行い、電子源の動作条件を最適化した。この結果、2 eV以上の電子線については、1 μA程度の十分な電流を試料に照射することが可能になった。
この装置でグラファイトの鏡像準位を測定したところ、エネルギー分散が観測された。測定波長を変えながらエネルギー分散を測定し、この装置により電子線のエネルギーが2～5 eV、波数では-3～5 nm^{-1}の範囲で定量的に信頼できるバンド分散測定ができることを確認した。現在、ペンタセン薄膜に適用してバンド分散測定を試みている。
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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
本研究の目的である角度分解測定低エネルギー逆光電子分光装置の開発という点では、有機半導体のバンド分散測定が可能な仕様を満たす装置の開発に成功したことから順調に進んでいると考えている。特に、低速電子線の開発は予想以上に困難であり、これを克服できたことは、角度分解測定を進めていくうえでも、また低エネルギー逆光電子分光の今後の発展にとっても意義は大きい。
一方で、有機半導体の測定については、ペンタセン薄膜について測定したものの、試料の質が十分でなく、一応のバンド分散を測定できたが、定量性・信頼性に欠ける。また、低速電子線のエネルギー分布について、電子エネルギー分析器による測定が必要である。これらについては2018年度に引き続き試みる。
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| Strategy for Future Research Activity |
残された下記の課題を集中的に進める。
(1)ペンタセンの配向膜をCu(110)表面上に作製し、角度分解低エネルギー逆光電子分光測定を行う。
(2)エネルギー分解能・波数分解能を向上させるため、装置の改良を進める。特にエネルギー分解能については、電子エネルギー分析器により電子源の動作条件と電子線のエネルギー広がりの関係を精査することにより、現在の0.4 eVから0.25 eVまで改善を目指す。
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| Causes of Carryover |
電子エネルギー分布を解析するためのエネルギー分析器を購入したが、低エネルギー領域での測定値の定量性を確保するため特殊仕様としたことから納品が大幅に遅れた。これに伴い助成金の延長使用を承認して頂いた。4月に納品され、すでに支払い手続きを行ってある。
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| Remarks |
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Research Products
(18 results)
