| 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 / 分子配向 / 電荷移動型励起状態 / 有機薄膜 / 励起子解離 / 有機半導体 / 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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| 研究実績の概要 |
本研究の最終目標は、有機分子系において生成される電荷移動（CT: charge-transfer）型励起子に着目し、光電変換素子における根本的な動作原理である励起子解離過程において、その励起電子スピン状態の選択性を実証し、 “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ことである。
R4年度までの研究において、最低励起一重項準位と最低励起三重項準位間のエネルギー差が室温程度にまで小さい有機分子系においては、その長い励起子寿命に起因し、励起三重項準位からの励起子解離が優先的に生じることを明らかとした。この事実は、光電変換素子などに本研究で見出してきた分子系を用いることで、電荷再結合による電荷損失を極限にまで抑制できると期待できる。また、極性の高い有機薄膜中で生成した電荷は、驚くべきことに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見出した。R5年度においては、有機薄膜中における電荷の長時間蓄積現象に焦点を当て、有機極性薄膜界面での極性状態が保持特性におよぼす影響について検討を進め、異なる極性を有する有機薄膜を積層した構造において、電荷保持特性が著しく向上することを明らかにした（J. Mater. Chem. C, 2024,12, 1055-1060）。また有機薄膜における自発配向分極の極性制御にも取り組み、極性分子薄膜中への無極性分子のドーピングにより、ある種の有機薄膜では自発配向分極の極性が反転することを初めて見出した（Chem. Phys. Lett., 2023, 833, 140915）。これらの得られた学術的知見は、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および積層界面の極性制御により、電荷の超安定保持が可能であることを意味し、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に応用できると期待できる。
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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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