波束ダイナミクス法を用いた有機半導体でのポーラロン輸送機構の理論研究

• 研究課題/領域番号: 24760024
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 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: 石井 宏幸 筑波大学, 数理物質系, 助教 (00585127)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2013年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2012年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
• キーワード: 物性理論 / 分子性固体 / 半導体物性 / 有機半導体 / 電子伝導 / シミュレーション / Hall効果 / ポーラロン / ホール効果

研究概要

次世代電子デバイス材料として、有機半導体が注目を集めているが、その電子伝導機構は明らかになっていない。そこで私は、有機半導体の伝導機構を原子・分子レベルから解明するために、数千万個の分子からなる結晶の伝導物性を量子論に基づいて解析できる大規模量子伝導計算法「時間依存波束拡散法」を開発した。さらに、第一原理計算から個々の材料のパラメータを導出する方法も確立し、ペンタセンやルブレンなどの材料の電子物性・伝導物性の定量的比較やHall効果の解析を可能にした。実験結果と比較・検討することで、伝導機構の微視的理解を進めることができた。

研究成果

• [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] 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
• [学会発表] Dynamical and static disorder effects on charge transport property of organic semiconductors (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Ishii, Nobuhiko Kobayashi, Kenji Hirose
  • 学会等名: American Physical Society, March meeting
  • 発表場所: Denver, Colorado, USA
• [学会発表] 原子・分子描像に基づいた大規模電子伝導計算法の開発とその応用 (2013)
  • 著者名/発表者名: 石井宏幸
  • 学会等名: 表面科学若手勉強会
  • 発表場所: 筑波大学
• [学会発表] 時間依存波束拡散法を用いた有機半導体のキャリア輸送計算 (2013)
  • 著者名/発表者名: 石井宏幸
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学常三島キャンパス
• [学会発表] Molecular Vibration Effects on Charge Transport of Organic Semiconductors–Time-Dependent Wave-Packet Diffusion Method - (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Ishii, Nobuhiko Kobayashi, Kenji Hirose
  • 学会等名: The 14th International Conference on the Formation of Semiconductor interfaces (ICFSI14)
  • 発表場所: Gyeongju, Korea
• [学会発表] 時間依存波束拡散法を用いた有機半導体のキャリア輸送計算 (2013)
  • 著者名/発表者名: 石井宏幸
  • 学会等名: 日本物理学会 2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学 常三島キャンパス
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular Vibration Effects on Charge Transport of Organic Semiconductors -Time-Dependent Wave-Packet Diffusion Method- (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki Ishii
  • 学会等名: The 14th International Conference on the Formation of Semiconductor interfaces (ICFSI14)
  • 発表場所: Gyeongju, Korea
• [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, K. Hirose
  • 学会等名: 2013 American Physical Society March Meeting
  • 発表場所: Baltimore, Maryland, USA
• [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] 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 (ISFOE12)
  • 発表場所: Thessaloniki, Greece
• [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] 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～ (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７３回 応用物理学会 学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学、松山大学
• [図書] Electronic processes in organic electronics : Bridging electron states and device properties (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Ishii, K. Kudo, T. Nakayama, N. Ueno, Y. Nakayama, S. Kera, F. Bussolotti, S. Duhm, A. Hinderhofer, M. Nakamura, T. Karatsu, T. Fujikawa, H. Ishii, K. Kaneko, K. Nishikawa, T. Yamada
  • 出版者: Springer Japan(印刷中)
• [図書] Electronic processes in organic electronics: Bridging electronic states and device properties (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Ishii, K. Kudo, T. Nakayama, N. Ueno, Y. Nakayama, S. Kera, F. Bussolotti, S. Duhm, A. Hinderhofer, M. Nakamura, T. Karatsu, N. Kobayashi, T. Fujikawa, H. Ishii, K. Kaneko, K. Nishikawa, T. Yamada
  • 出版者: Springer Japan
• [備考]
  • URL: http://www.bk.tsukuba.ac.jp/~ishii/index.html
• [備考] 石井宏幸のホームページ
  • URL: http://www.bk.tsukuba.ac.jp/~ishii/index.html
• [備考] 石井宏幸のホームページ
  • URL: http://www.bk.tsukuba.ac.jp/~ishii/index.html