大規模伝導計算による有機半導体のキャリア機構の解明

• 研究課題/領域番号: 23360018
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 薄膜・表面界面物性
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 小林 伸彦 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (10311341)
• 研究分担者: 石井 宏幸 筑波大学, 数理物質系, 助教 (00585127)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 20,670千円 (直接経費: 15,900千円、間接経費: 4,770千円); 2013年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2012年度: 8,970千円 (直接経費: 6,900千円、間接経費: 2,070千円); 2011年度: 9,750千円 (直接経費: 7,500千円、間接経費: 2,250千円)
• キーワード: 有機半導体 / キャリア / 伝導 / 理論

研究概要

有機半導体のキャリア伝導機構を原子レベルから理論的に解析することに成功した。第一原理電子状態によって有機分子の電子状態、分子間力、熱揺らぎを解析し、有機トランジスタにおけるキャリアコヒーレンスと熱揺らぎの強い相関を明らかにした。時間依存波束拡散伝導法によって移動度と平均自由行程の温度依存性や、トラップポテンシャルによる効果、移動度に対する熱揺らぎの効果を定量的に評価することに成功した。

研究成果

• [雑誌論文] 8) Electric and Thermal Transport Calculations through Interface and Applications to Thermoelectric Energy Conversion (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Hirose, K. Kobayashi, M. Shimono, H. Ishii, N. Kobayashi
  • 雑誌名: e-Journal Surf. Sci. Nanotechnol 巻: 12 ページ: 115-118
  • 査読あり
• [雑誌論文] Strong anisotropy of momentum-relaxation time induced by intermolecular vibrations of single-crystal organic semiconductors (2013)
  • 著者名/発表者名: H.Ishii, N.Kobayashi, K.Hirose
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 88 号: 20 ページ: 205208-205208
  • DOI: 10.1103/physrevb.88.205208
  • 査読あり
• [雑誌論文] Strong anisotropy of momentum-relaxation time induced by intermolecular vibrations of single-crystal organic semiconductors (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Ishii, N. Kobayashi, K. Hirose
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 88
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of strong electron-phonon coupling and dynamic lattice disorder on the Hall effect in organic crystals (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Tamura, M. Tsukada, H. Ishii, N. Kobayashi, K. Hirose
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 87
  • 査読あり
• [雑誌論文] On the Phononic Bandgap of Carbon Nanotubes (2013)
  • 著者名/発表者名: Kohei Yamamoto, Hiroyuki Ishii, Nobuhiko Kobayashi, and Kenji Hirose
  • 雑誌名: Journal of Nanomaterials 巻: 2013 号: 1 ページ: 1-4
  • DOI: 10.1155/2013/525070
  • 査読あり
• [雑誌論文] Wave-packet approach to transport properties of carrier coupled with intermolecular and intramolecular vibrations of organic semiconductors (2012)
  • 著者名/発表者名: H.Ishii, K.Honma, N.Kobayashi, K.Hirose
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 85 号: 24
  • DOI: 10.1103/physrevb.85.245206
  • NAID: 120007137302
  • 査読あり
• [雑誌論文] Roles of intramolecular and intermolecular electron-phonon coupling on the formation and transport of large polarons in organic semiconductors (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Tamura
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 86 号: 3 ページ: 35208-35208
  • DOI: 10.1103/physrevb.86.035208
  • 査読あり
• [雑誌論文] First-principles study of electron transport in Si atom wires under finite bias voltage (2012)
  • 著者名/発表者名: H.Kusaka and N.Kobayashi
  • 雑誌名: Appl. Surf. Sci 巻: 258 号: 6 ページ: 1958-1958
  • DOI: 10.1016/j.apsusc.2011.05.082
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bias drop and phonon emission in molecular wires (2012)
  • 著者名/発表者名: K.Hirose, H.Ishii, N.Kobayashi
  • 雑誌名: Appl. Surf. Sci 巻: 258 号: 6 ページ: 2121-2121
  • DOI: 10.1016/j.apsusc.2011.03.125
  • 査読あり
• [雑誌論文] 原子レベルからのマルチスケール量子伝導計算 (2011)
  • 著者名/発表者名: 広瀬賢二、石井宏幸、小林伸彦
  • 雑誌名: Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｖａｃｕｕｍ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｊａｐａｎ 巻: 54 号: 10 ページ: 501-506
  • DOI: 10.3131/jvsj2.54.501
  • NAID: 10029839858
  • ISSN: 1882-2398, 1882-4749
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hall conductivity calculations by thetime-dependent wave-packet diffusion method (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Ishii, N. Kobayashi, K. Hirose
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 83 号: 23 ページ: 233403-233403
  • DOI: 10.1103/physrevb.83.233403
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of Vacancy Defects on Thermal Conduction of Silicon Nanowire:Nonequilibrium Green’s Function Approach (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Yamamoto, H.Ishii, N.Kobayashi, and K. Hirose
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: 4 号: 8 ページ: 85001-85001
  • DOI: 10.1143/apex.4.085001
  • 査読あり
• [雑誌論文] 非平衡グリーン関数法を用いたナノワイヤーの熱伝導計算 (2011)
  • 著者名/発表者名: 山本晃平、石井宏幸、広瀬賢二、小林伸彦
  • 雑誌名: 表面科学 巻: 32 ページ: 410-410
  • NAID: 10029410907
  • 査読あり
• [雑誌論文] 原子レベルからのマルチスケール量子伝導計算 (2011)
  • 著者名/発表者名: 広瀬賢二、石井宏幸、小林伸彦
  • 雑誌名: J. Vac. Soc. Jpn. 巻: 54 ページ: 7-7
  • NAID: 10029839858
  • 査読あり
• [学会発表] Wave-packet approach to thermal fluctuation effects on charge transport of organic semiconductors (2013)
  • 著者名/発表者名: H.Ishii, N.Kobayashi and K.Hirose
  • 学会等名: 2013 American Physical Society March Meeting
  • 発表場所: Baltimore, USA
• [学会発表] 有機半導体における分子運動の熱ゆらぎの理論計算 (2013)
  • 著者名/発表者名: 深見竜也，石井宏幸，小林伸彦，植村隆文，竹谷純一，広瀬賢二
  • 学会等名: 日本物理学会 第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学
• [学会発表] 有機半導体のホール伝導度計算と分子運動の熱揺らぎ効果 (2013)
  • 著者名/発表者名: 石井宏幸、深見竜也、植村隆文、竹谷純一、小林伸彦、広瀬賢二
  • 学会等名: 日本物理学会 第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学
• [学会発表] 電極表面状態のグラフェンへの染み出し効果 (2013)
  • 著者名/発表者名: 竹本整司，金有洙，小林伸彦
  • 学会等名: 日本物理学会 第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学
• [学会発表] 第一原理計算による原子間ポテンシャル作成と熱伝導計算への応用 (2013)
  • 著者名/発表者名: 山本晃平、石井宏幸，小林伸彦、広瀬賢二
  • 学会等名: 日本物理学会 第68回年次大会
  • 発表場所: 広島大学
• [学会発表] Ab initio calculations of intermolecular interactions in single-crystal organic semiconductors (2012)
  • 著者名/発表者名: T.Fukami, H.Ishii, N.Kobayashi, T.Uemura, J.Takeya, K.Hirose
  • 学会等名: The 4th Tsukuba- Hsinchu Joint Symposium on Interdisciplinary Nano-Science and Technology (4th Tsukuba-Hsinchu SINST)
  • 発表場所: Tsukuba, Japan
• [学会発表] Wave-packet approach to charge transport coupled with molecular distortions of organic semiconductors (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Ishii, N. Kobayashi, K. Hirose
  • 学会等名: 5th International Symposium on Flexible Organic Electronics
  • 発表場所: Thessaloniki, Greece
• [学会発表] Thermal Conductance Calculation of Silicon Nanowires (2012)
  • 著者名/発表者名: K.Yamamoto, H.Ishii, N.Kobayashi, and K.Hirose
  • 学会等名: Trends in Nanotechnology 2012
  • 発表場所: Madrid, Spain
• [学会発表] Ab initio calculations of intermolecular interactions in single-crystal organic semiconductors (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Fukami, H. Ishii, N. Kobayashi, T. Uemura, J. Takeya, K. Hirose
  • 学会等名: The 4th Tsukuba-Hsinchu Joint Symposium on Interdisciplinary Nano-Science and Technology
  • 発表場所: Univ. Tsukuba
• [学会発表] Wave-Packet Approach to Charge Transport Properties of Single-Crystal Organic Semiconductors (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Ishii, T. Fukami, N. Kobayashi T. Uemura, J. Takeya and K. Hirose
  • 学会等名: The 4th Tsukuba-Hsinchu Joint Symposium on Interdisciplinary Nano-Science and Technology
  • 発表場所: Univ. Tsukuba
• [学会発表] 有機半導体における分子間相互作用の理論計算 (2012)
  • 著者名/発表者名: 深見竜也，石井宏幸，小林伸彦，植村隆文，竹谷純一，広瀬賢二
  • 学会等名: 日本物理学会 2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学
• [学会発表] ３次元有機半導体結晶のキャリア伝導シミュレーション (2012)
  • 著者名/発表者名: 石井宏幸、深見竜也、小林伸彦、植村隆文、竹谷純一、広瀬賢二
  • 学会等名: 日本物理学会 2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学
• [学会発表] ポリチオフェン分子ワイヤーにおける第一原理電子輸送計算 (2012)
  • 著者名/発表者名: 高木博和、小林伸彦、広瀬賢二
  • 学会等名: 日本物理学会 2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学
• [学会発表] 長周期格子歪をともなったグラフェンの電子状態計算 (2012)
  • 著者名/発表者名: 竹本整司，金有洙，小林伸彦
  • 学会等名: 日本物理学会 2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学
• [学会発表] 第一原理計算を用いた金属・半導体界面における熱伝導計算 (2012)
  • 著者名/発表者名: 山本晃平、石井宏幸，小林伸彦、広瀬賢二
  • 学会等名: 日本物理学会 2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学
• [学会発表] 波束ダイナミクスによる有機半導体のキャリア伝導計算 (2012)
  • 著者名/発表者名: 石井宏幸，植村隆文，竹谷純一，小林伸彦
  • 学会等名: 第５９回応用物理学関連連合講演会
  • 発表場所: 早稲田大学
• [学会発表] 波束ダイナミクス法を用いた有機半導体のキャリア伝導計算 (2012)
  • 著者名/発表者名: 石井宏幸，小林伸彦，植村隆文，竹谷純一，広瀬賢二
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学
• [学会発表] 金属に吸着したグラフェンの電子状態における界面構造依存性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 竹本整司、金有洙、小林伸彦
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学
• [学会発表] 第一原理電気伝導シミュレーション (2011)
  • 著者名/発表者名: 小林伸彦
  • 学会等名: 日本物理学会2011年秋季大会シンポジウム 「ナノスケール量子輸送の計算科学的研究の現状・展望と次世代スパコンへの期待」
  • 発表場所: 富山大学五福キャンパス
  • 年月日: 2011-09-23
• [学会発表] Order-N electron transport calculations for ballistic, diffusive and polaron transport regimes (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Ishii, N. Kobayashi and K. Hirose
  • 学会等名: The 14th Asian Workshop on First-Principles Electronic Structure Calculations (ASIAN-14) (Invited)
  • 発表場所: University of Tokyo, Tokyo, Japan
  • 招待講演
• [学会発表] Order-N Transport Calculations by a Time-dependent Wave-packet Diffusion method: Application to Pi-conjugated Materials (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Ishii, N. Kobayashi and K. Hirose
  • 学会等名: BIT's 1st annual World Congress of Nano-S&T (Invited)
  • 発表場所: World EXPO center, Dalian, China
  • 招待講演
• [学会発表] 第一原理電気伝導シミュレーション (2011)
  • 著者名/発表者名: 小林伸彦
  • 学会等名: 日本物理学会2011年秋季大会シンポジウム
  • 発表場所: 富山大学
• [学会発表] Charge Transport Calculations of Organic Molecular Crystals by Time-Dependent Wave-Packet Diffusion Method (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Ishii, N. Kobayashi and K. Hirose
  • 学会等名: International Conference on the Formation of Semiconductor Interfaces (ICFSI-13)
  • 発表場所: Prague, Czech Republic
• [学会発表] First-principles electronic transport calculations of conjugate organic molecule (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Takaki, N. Kobayashi and K Hirose
  • 学会等名: International Conference on the Formation of Semiconductor Interfaces (ICFSI-13)
  • 発表場所: Prague, Czech Republic
• [学会発表] 単結晶有機半導体のキャリア伝導シミュレーション (2011)
  • 著者名/発表者名: 石井宏幸、小林伸彦、植村隆文、竹谷純一、広瀬賢二
  • 学会等名: 第７２回応用物理学会 学術講演会
  • 発表場所: 山形大学
• [学会発表] 金属基板上のグラフェンの電子状態 (2011)
  • 著者名/発表者名: 竹本整司，岡田智成，本林健太，川合眞紀，金有洙，小林伸彦
  • 学会等名: 日本物理学会 2011年秋季大会
  • 発表場所: 富山大学
• [学会発表] 非平衡グリーン関数法を用いたナノワイヤの熱伝導解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 山本晃平，石井宏幸，広瀬賢二、小林伸彦
  • 学会等名: 日本物理学会 2011年秋季大会
  • 発表場所: 富山大学
• [学会発表] 共役有機分子系の第一原理電子輸送計 (2011)
  • 著者名/発表者名: 高木博和，小林伸彦，広瀬賢
  • 学会等名: 日本物理学会 2011年秋季大会
  • 発表場所: 富山大学
• [学会発表] 単結晶有機薄膜のキャリア輸送とホール伝導度計算 (2011)
  • 著者名/発表者名: 石井宏幸、小林伸彦、植村隆文、竹谷純一、広瀬賢二
  • 学会等名: 日本物理学会 2011年秋季大会
  • 発表場所: 富山大学
• [学会発表] Dynamical- and static-disorder effects on charge transport property of organic semiconductors
  • 著者名/発表者名: H. Ishii, N. Kobayashi, K. Hirose
  • 学会等名: APS March Meeting
  • 発表場所: Denver USA
• [学会発表] Atomistic Calculations of Heat Transport in Nanoscale Systems
  • 著者名/発表者名: N. Kobayashi, K. Yamamoto, H. Ishii, K. Hirose
  • 学会等名: 12th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures
  • 発表場所: International Congress Center, Tsukuba
• [学会発表] Electric and Thermal Transport Calculations through Nanometer-Size Interface and Applications toward High-Efficient Thermoelectric Energy Conversion
  • 著者名/発表者名: K. Hirose, K. Kobayashi, M. Shimono, H. Ishii, N. Kobayashi
  • 学会等名: 12th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures
  • 発表場所: International Congress Center,Tsukuba
• [学会発表] 非平衡大規模系における第一原理電子輸送計算
  • 著者名/発表者名: 高木博和、小林伸彦，広瀬賢二
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学
• [学会発表] 第一原理計算による原子間ポテンシャル生成と熱伝導計算
  • 著者名/発表者名: 山本晃平，石井宏幸，小林伸彦，広瀬賢二
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学
• [学会発表] 金属半導体接合系における第一原理電子輸送計算
  • 著者名/発表者名: 高木博和、小林伸彦，広瀬賢二
  • 学会等名: 日本物理学会第６９回年次大会
  • 発表場所: 東海大学
• [学会発表] 非平衡グリーン関数を用いた熱伝導計算によるフォノン・フォノン散乱と界面散乱効果の解析
  • 著者名/発表者名: 山本晃平，石井宏幸，小林伸彦，広瀬賢二
  • 学会等名: 日本物理学会第６９回年次大会
  • 発表場所: 東海大学
• [学会発表] First-principles electronic transport calculations of nanocarbon materials
  • 著者名/発表者名: H. Takaki, N. Kobayashi, K.Hirose
  • 学会等名: 9-th International Conference on Nanosciences &Nanotechnologies
  • 発表場所: Thessaloniki, Greece
• [学会発表] Theoretical study of substrate effect on the electronic structure of Graphene/Metal system in STM image
  • 著者名/発表者名: S. Takemoto, H. W. Kim, N. Kobayashi, and Y. Kim
  • 学会等名: The 14th International Conference on Vibrations at Surfaces
  • 発表場所: Nichii-Gakkan Kobe Port Island Center, Kobe
• [学会発表] ナノワイヤの熱伝導理論
  • 著者名/発表者名: 小林伸彦
  • 学会等名: 電気学会 ナノエレクトロニクス集積化・応用技術調査専門委員会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 招待講演
• [学会発表] 有機半導体におけるキャリア伝導の空間異方性・エネルギー依存性～波束ダイナミクスによるアプローチ～
  • 著者名/発表者名: 石井宏幸、植村隆文、竹谷純一、小林伸彦
  • 学会等名: 第７３回 応用物理学会 学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学
• [図書] Quantum transport calculations for nanosystems (2014)
  • 著者名/発表者名: K.Hirose, N.Kobayashi
  • 出版者: Pan Stanford Publishing
• [図書] Quantum Transport Calculations for Nanosystems (2014)
  • 著者名/発表者名: K.Hirose, N.Kobayashi
  • 総ページ数: 523
  • 出版者: Pan Stanford Publishing
• [備考]
  • URL: http://www.bk.tsukuba.ac.jp/~cmslab/
• [備考] 筑波大学 小林研究室
  • URL: http://www.bk.tsukuba.ac.jp/~cmslab/
• [備考] 筑波大学 小林研究室
  • URL: http://www.bk.tsukuba.ac.jp/~cmslab/
• [備考] 筑波大学 小林研究室
  • URL: http://www.bk.tsukuba.ac.jp/~cmslab/