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超原子分子軌道(SAMO)工学の開拓

研究課題

研究課題/領域番号 22K18268
研究種目

挑戦的研究(開拓)

配分区分基金
審査区分 中区分13:物性物理学およびその関連分野
研究機関筑波大学

研究代表者

山田 洋一  筑波大学, 数理物質系, 准教授 (20435598)

研究分担者 上野 裕  東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (00775752)
渋田 昌弘  大阪公立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (70596684)
研究期間 (年度) 2022-06-30 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
26,000千円 (直接経費: 20,000千円、間接経費: 6,000千円)
2024年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2023年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2022年度: 19,240千円 (直接経費: 14,800千円、間接経費: 4,440千円)
キーワード超原子分子軌道 / 内包フラーレン / SAMO / 有機半導体
研究開始時の研究の概要

本研究では、有機半導体分子の超原子分子軌道(Superatom Molecular Orbitals, SAMOs)と呼ばれる、分子の外側に大きく広がった電子軌道を理解、制御し、利用する「SAMO工学」を世界に先駆けて開拓する。特にSAMO工学の基盤となる薄膜や界面構造の創出と理解に重点を置く。これにより、既存の有機エレクトロニクスの電荷輸送特性の問題を解決し、新原理の有機エレクトロニクス素子創出のための基礎学理を築く。現状ではSAMO研究は黎明期にあるが、本研究では世界的にもユニークなSAMO研究の専門家チームを組織し、挑戦的課題を遂行する。

研究実績の概要

本研究では、有機半導体分子の超原子分子軌道(Superatom Molecular Orbitals, SAMOs)と呼ばれる、分子の外側に大きく広がった電子軌道を詳細に理解、制御し、利用する『SAMO 工学』を開拓する。特にSAMO工学の基盤材料である薄膜や界面構造創出に重点を置く。
本年度では、昨年度までの結果をもとに、SAMOのイメージングの新手法として、単一分子からの電界放射角度分布(Field-emission Angular Distribution, FAD)計測を提案し、それに関する科研費基盤B「 単一分子からの電界放射角度分布(FAD)の応用確立:反応イメージングと損失分光」を獲得した。
また、薄膜のSAMO研究としては合成班の上野らがLi@C70の合成に成功し、論文発表したのを受けてその試料を用いて薄膜創生研究を開始している。本年度に得られた結果を現在原著論文にまとめて投稿予定である。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本年度では、昨年度までの結果をもとに、SAMOのイメージングの新手法として、単一分子からの電界放射角度分布(Field-emission Angular Distribution, FAD)計測を提案し、原著論文を発表するとともにそれに関する科研費基盤B「 単一分子からの電界放射角度分布(FAD)の応用確立:反応イメージングと損失分光」を獲得した。また、薄膜のSAMO研究としては合成班の上野らがLi@C70の合成に成功し、その試料を用いて薄膜創生研究を開始している。本年度に得られた結果を現在原著論文にまとめて投稿予定である。

今後の研究の推進方策

本年度までは、特に単一分子のSAMOに注目してきている。今後はいよいよ薄膜のSAMOに注力した研究をおこなってゆく。昨年度開発されたLi@C70を主に利用し、この薄膜のSAMOの計測と、これを用いた超分子を作製し、その薄膜のSAMOを計測することで、薄膜のSAMOの制御を狙ってゆく。

報告書

(3件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 審査結果の所見   実施状況報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 雑誌論文 (12件) (うち国際共著 4件、 査読あり 12件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Partial Hydrogenation of N-Heteropentacene upon Vacuum Deposition2024

    • 著者名/発表者名
      Ono Yutaro、Tsuruta Ryohei、Nobeyama Tomohiro、Matsui Kazuki、Sasaki Masahiro、Tadokoro Makoto、Nakayama Yasuo、Yamada Yoichi
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 128 号: 3 ページ: 1185-1192

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.3c06995

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Photoemission Orbital Tomography Using a Robust Sparse PhaseLift2024

    • 著者名/発表者名
      Niki K.、Asano R.、Sakanoue R.、Hasegawa A.、Yamada Y.、Hagiwara M.、Mimura K.
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry A

      巻: 128 号: 13 ページ: 2672-2679

    • DOI

      10.1021/acs.jpca.3c06506

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Spontaneous orientation polarization of flavonoids2023

    • 著者名/発表者名
      Akaike Kouki、Hosokai Takuya、Ono Yutaro、Tsuruta Ryohei、Yamada Yoichi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 13 号: 1 ページ: 19402-19402

    • DOI

      10.1038/s41598-023-46834-1

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Field emission angular distribution from single molecules2023

    • 著者名/発表者名
      Yamada Yoichi、Tsuruta Ryohei、Yamamoto Yuho、Ono Yutaro、Nobeyama Tomohiro、Iwasawa Masato、Sasaki Masahiro、Suresh Rahul、Kuklin Artem、?gren Hans
    • 雑誌名

      Carbon

      巻: 213 ページ: 118215-118215

    • DOI

      10.1016/j.carbon.2023.118215

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Superatom Molecular Orbitals of Endohedral C<sub>82</sub>2023

    • 著者名/発表者名
      Suresh Rahul、Kuklin Artem V.、Yamada Yoichi、Tsuruta Ryohei、Ono Yutaro、Polyutov Sergey P.、?gren Hans
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry A

      巻: 127 号: 39 ページ: 8126-8132

    • DOI

      10.1021/acs.jpca.3c04875

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Synthesis of Butterfly‐Like Shaped Gold Nanomaterial: For the Regulation of Liquid?Liquid Phase‐Separated Biomacromolecule Droplets2023

    • 著者名/発表者名
      Nobeyama Tomohiro、Tataka Koji、Mori Megumi、Murakami Tatsuya、Yamada Yoichi、Shiraki Kentaro
    • 雑誌名

      Small

      巻: 19 号: 49 ページ: 00362-00362

    • DOI

      10.1002/smll.202300362

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Field Emission Angular Distribution from Single Molecules2023

    • 著者名/発表者名
      Yamada Yoichi、Tsuruta Ryohei、Yamamoto Yuho、Ono Yutaro、Nobeyama Tomohiro、Sasaki Masahiro、Suresh Rahul、Kuklin Artem V.、?gren HAns
    • 雑誌名

      SSRN

      巻: -

    • DOI

      10.2139/ssrn.4392554

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Increasing Electrode Work Function Using a Natural Molecule2022

    • 著者名/発表者名
      Akaike Kouki、Hosokai Takuya、Ono Yutaro、Tsuruta Ryohei、Yamada Yoichi
    • 雑誌名

      Advanced Materials Interfaces

      巻: - 号: 19 ページ: 2201800-2201800

    • DOI

      10.1002/admi.202201800

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Surface Potential Visualization in Organic Antiambipolar Transistors Using Operando Kelvin Probe Force Microscopy for Understanding the Comprehensive Carrier Transport Mechanism2022

    • 著者名/発表者名
      Hayakawa Ryoma、Takeiri Soichiro、Yamada Yoichi、Wakayama Yutaka
    • 雑誌名

      Advanced Materials Interfaces

      巻: - 号: 19 ページ: 2201857-2201857

    • DOI

      10.1002/admi.202201857

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Superatom Molecular Orbitals of Li@C<sub>60</sub>: Effects of the Li Position and the Substrate2022

    • 著者名/発表者名
      Kuklin Artem V.、Suresh Rahul、Shimizu Konoha、Yamada Yoichi、?gren Hans
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 126 号: 37 ページ: 15891-15898

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.2c02098

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Carrier‐Transport Mechanism in Organic Antiambipolar Transistors Unveiled by Operando Photoemission Electron Microscopy2022

    • 著者名/発表者名
      Hayakawa Ryoma、Takeiri Soichiro、Yamada Yoichi、Wakayama Yutaka、Fukumoto Keiki
    • 雑誌名

      Advanced Materials

      巻: 34 号: 30 ページ: 2201277-2201277

    • DOI

      10.1002/adma.202201277

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photoemission Tomography of a One-Dimensional Row Structure of a Flat-Lying Picene Multilayer on Ag(110)2022

    • 著者名/発表者名
      Iwasawa Masato、Kobayashi Shinnosuke、Sasaki Masahiro、Hasegawa Yuri、Ishii Hiroyuki、Matsui Fumihiko、Kera Satoshi、Yamada Yoichi
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry Letters

      巻: 13 号: 6 ページ: 1512-1518

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.1c03821

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Ag(110)上でのPhC2-BQQDIの高配向多層膜の電子状態2024

    • 著者名/発表者名
      村上 凱洋、甲斐 将也、鶴田 諒平、吉田 弘幸、山田 洋一
    • 学会等名
      第71回 応用物理学会 春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 分子軌道イメージングとBQQDI研究の着手状況2024

    • 著者名/発表者名
      山田 洋一
    • 学会等名
      N型有機半導体の伝導機構解明にむけた研究会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 単一分子からの電界放射角度分布(FAD)の起源2023

    • 著者名/発表者名
      山田 洋一、鶴田 諒平、小野 裕太郎、延山 知弘、佐々木 正洋
    • 学会等名
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 単一分子からの電界放射角度分布(FAD)2023

    • 著者名/発表者名
      山田 洋一、鶴田 諒平、小野 裕太郎、延山 知弘、佐々木 正洋
    • 学会等名
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] DPh-BTBT単層膜におけるHOMOとHOMO-1の軌道混成2023

    • 著者名/発表者名
      小野 裕太郎、岩澤 柾人、鶴田 諒平、河野 優輝、佐々木 正洋、石井 宏幸、山田 洋一
    • 学会等名
      第84回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 窒素含有ペンタセン単分子膜における分子間水素結合の影響2022

    • 著者名/発表者名
      小野裕太郎、鶴田諒平、延山知弘、佐々木正洋、田所誠、中山泰生、山田洋一
    • 学会等名
      NanospecFY2022mini
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 電界放射顕微鏡(FEM)における分子パターンの起源に関する研究2022

    • 著者名/発表者名
      山本 勇帆、鶴田 諒平、佐々木 正洋、山田 洋一
    • 学会等名
      2022年 第83回 応用物理学会 秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 純粋なBTANC薄膜の作製2022

    • 著者名/発表者名
      小野 裕太郎、鶴田 諒平、佐々木 正洋、田所 誠、中山 泰生、山田 洋一
    • 学会等名
      2022年 第83回 応用物理学会 秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] CeB6単結晶表面の電子状態評価2022

    • 著者名/発表者名
      鶴田 諒平、佐々木 正洋、山田 洋一
    • 学会等名
      2022年 第83回 応用物理学会 秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Li@C70の超原子分子軌道(SAMO)計測 ー 基板依存性2022

    • 著者名/発表者名
      山田 洋一、北畠 大樹、延山 知弘、大橋 左和、清水 好葉、佐々木 正洋、河地 和彦、笠間 泰彦、美齊津 文典、上野 裕
    • 学会等名
      2022年 第83回 応用物理学会 秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] Real-time and real-space visualization of molecular orbitals by means of field emission microscopy (FEM)2022

    • 著者名/発表者名
      Yuho Yamamoto, Ryohei Tsuruta, Yoichi Yamada and Masahiro Sasaki
    • 学会等名
      IVC-22
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Deposition of pure BTANC thin-film2022

    • 著者名/発表者名
      Yutaro Ono, Kazuki Matsui, Ryohei Tsuruta, Masahiro Sasaki, Makoto Tadokoro, Yasuo Nakayama, Yoichi Yamada
    • 学会等名
      IVC-22
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [図書] 月刊機能材料 2023年5月号2023

    • 著者名/発表者名
      赤池幸紀、細貝拓也、山田洋一、鶴田諒平、小野裕太郎
    • 出版者
      株式会社シーエムシー出版
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [備考] 山田研究室

    • URL

      http://www.bk.tsukuba.ac.jp/~surflab/y_top.html

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2022-07-05   更新日: 2024-12-25  

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