| 研究課題/領域番号 |
21H02015
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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35030:有機機能材料関連
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
中野谷 一 九州大学, 工学研究院, 准教授 (90633412)
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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 |
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2023年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2022年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2021年度: 12,350千円 (直接経費: 9,500千円、間接経費: 2,850千円)
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| キーワード | 自発配向分極 / 有機半導体 / 分子配向 / 巨大表面電位 / 励起子解離 / 電荷移動型励起状態 / 有機薄膜 / 三重項励起子 / 有機機能性材料 / 熱活性化遅延蛍光 / 三重項 / 励起スピン状態 / 励起子解離エネルギー / 励起子 / 電荷再結合 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
有機分子系において、電子と正孔が弱く束縛された電荷移動型（CT）励起子のダイナミクスは、有機光半導体デバイスの動作原理の中核をなす物理現象である。特にCT励起子の解離過程は、光電変換素子においては電荷分離効率の向上に寄与するが、有機EL素子では発光効率の損失となる。そのため、励起子解離過程は極めて重要な物理過程といえる。しかし、CT励起子の解離過程における励起スピン状態の役割は、依然として未解明である。本研究では、CT励起子における励起スピン状態制御の基礎学理を基盤とし、励起子解離過程における励起スピン状態選択性を実証することで、“逆電子移動損失ゼロ”という革新的な光電変換素子を実現する。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、極性有機半導体膜中における自発的な励起子解離現象に焦点をあて励起子解離現象における励起スピン状態の役割に関して研究を行い、三重項励起状態からの励起子解離が有利に進行することを明らかとした。また、電荷再結合確率を極力小さくすることで、電子寿命は室温で約1カ月以上という極めて長い寿命を有することを見出すと共に、空間情報も保持可能であることを明らかとした。本研究で得た学術的知見は、高効率かつ超長寿命な電荷分離状態を実現する新たなCT性分子および素子の設計指針を示すだけでなく、受光-電荷保持-発光という物理現象の制御された新奇デバイスの創出に繋がると期待できる。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究では、励起子解離により生成した電荷（電子）は、有機薄膜中で1ヶ月間以上に渡って極めて安定に保持されているという事実を初めて見出した。またさらに、長時間保持されている電荷は、有機薄膜中で空間的にも保持されていることを実験的に確認した。これらの事実は、従来不安定であると考えられていた有機薄膜中の電荷（ラジカル状態）は、有機分子の極性によって誘起される自発配向分極の形成により、その有機薄膜界面で安定に保持可能であるということを意味し、光電変換素子の高性能化だけでなく撮像素子やメモリ素子など、将来のIOT社会構築に必須となる様々なデバイスに応用できる可能性があり、得られた学術的意義は大きい。
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