| 研究課題/領域番号 |
21H01902
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分32020:機能物性化学関連
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| 研究機関 | 千葉大学 |
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研究代表者 |
吉田 弘幸 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (00283664)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2023年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2022年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
2021年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円)
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| キーワード | 有機半導体 / 伝導帯 / 低エネルギー逆光電子分光法 / ポーラロン / 超原子分子軌道 / 電子伝導 / 電子-フォノン相互作用 / 角度分解低エネルギー逆光電子分光 / 電子－フォノン相互作用 / 電子移動度 / エネルギーバンド構造 / 伝導帯バンド構造 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
有機半導体の大きな課題は、ホール伝導(p型特性)に比べて電子伝導(n型特性)が極めて低いことである。有機半導体の伝導機構を決定するのは、エネルギーバンド構造と電子-フォノン相互作用である。ホール伝導に関わるHOMO準位については光電子分光法により調べられてきたが、電子伝導に関わるLUMO準位については研究が皆無である。本研究は、代表者が10年にわたって開発してきた角度分解低エネルギー逆光電子分光法により、電子伝導にかかわるLUMO準位のバンド構造と電子-フォノン相互作用を解明する。電子伝導の基本原理を明らかにすることで、有機半導体のn型特性向上への革新的ブレークスルーとなる。
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| 研究実績の概要 |
有機半導体では、電子移動度が正孔移動度に比べて極端に低い。最も高い移動度を比べてみると、電子移動度は正孔移動度にくらべて一桁低い。このような電子移動度を制限する要因を明らかにするため、世界初となる伝導帯バンド構造（エネルギーと運動量の関係）を調べている。2023年度の主な成果は、以下の通りである。
1.ペンタセンのエピタキシャル成長膜についての伝導帯バンド構造測定の結果、ブリルアン帯端でバンドギャップが開くことが分かってきた。これは、代表者らが開発してきた部分ポーラロンモデルでは予測されなかったものである。ポーラロンモデルの導出の際に用いた近似に原因があると考え、ミュンヘン工科大学との共同研究で理論解析を進めている。モデル計算により電子と分子内振動との結合によりバンドギャップが開くことを再現することに成功した。ただし、この理論モデルでは、実験で観測されたバンドギャップの狭小化は再現できず、さらなる検討を進めている。
2.装置の高分解能化のため、ユーリッヒ研究所と共同開発してきた電子源を千葉大学の角度分解低エネルギー逆光電子分光装置に導入した。現在、標準試料について測定を進めながら調整を行っている。エネルギー分解能は0.25 eVから0.14 eVまで向上しており、これまでの逆光電子分光のエネルギー分解能の世界記録を更新した。まだ当初の予定の性能は得られていないため、引き続き細部の調整を行っている。
3.C60の超原子分子軌道のバンド測定に成功した。超原子分子軌道とは、分子の中心力により結合した水素原子状の空軌道であり、これまで気相や単分子膜でしか観測されていない。本研究はバルク状態での超原子分子軌道の世界初となる観測であり、同時にエネルギーバンド構造の観測から固体中での電子状態の詳細を明らかにするものである。現在、密度汎関数法による理論計算に基づく解析を進めている。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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