| 研究領域 | 特異構造の結晶科学：完全性と不完全性の協奏で拓く新機能エレクトロニクス |
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| 研究課題/領域番号 |
19H04530
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| 研究種目 |
新学術領域研究(研究領域提案型)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
理工系
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
谷垣 勝己 東北大学, 材料科学高等研究所, 名誉教授 (60305612)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2020年度)
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| 配分額 *注記 |
8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円)
2020年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2019年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
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| キーワード | 結晶 / 乱れ / 非調和フォノン / 有機半導体 / キャリヤ注入 / 熱電効果 / 空間自由度 / 結晶欠陥 / 両極性電流注入 / 発光素子 / 運動自由度 / 界面制御 / 電界発光 / トランジスタ / 構造乱れ / エネルギー変換 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
結晶が有する結晶の完全性と同時に存在する空間の自由度および表面・界面の局所構造
としての結晶の不完全性を利用して、以下の研究項目を公募班として探求する。
[研究１] 空間・間隙物質（運動の空間自由度を単結晶内に有する物質）において発現するフォノンの非調和性を統一的に理解して、高効率な熱電エネルギー変換を実現する。
[研究２] 有機半導体結晶における分子配列の乱れを利用して、金属/半導体接合におけるバーディーン極限を実現すると共に、連続した乱れ準位を創出して、有機半導体用における高効率両極性電極を創出する。また、達成される大電流注入を基盤として、世界初の電流駆動有機半導体レーザへ適用する。
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| 研究実績の概要 |
物質には、完全性と不完全性の両面がある。単結晶では基板界面や物質表面の構造は単結晶とは異なる局所構造が存在する。多孔質などの大きな内部空間を有する一連の物質群では、単結晶においてもその内部空間に存在する空間自由度のために、原子の運動は大きな異常振動を示し、フォノンの非調和性が発現する。このような完全性と不完全性の2つの局面は様々な形でその物性に反映される。結晶における完全性と不完全性は、本来は相反する特性であるが、その2つの特性が協奏的に働く場合には、特殊あるいは新奇な物性機能を創出する上で、重要な新しい制御方法となる事が期待される。本新学術領域研究である、「特異構造の結晶科学：完全性と不完全性の協奏で拓く新機能エレクトロニクス」はこのような研究分野を、化合物半導体を中心として探求する新学術研究領域と言える。本公募研究では、単結晶が有する結晶の完全性と同時に存在する空間の自由度などの局所構造として存在する結晶の不完全性を詳細な構造解析により理解して、原子のダイナミクスの自由度から発現するフォノンの非調和性と電子物性との相関を研究した。また、有機半導体結晶における分子秩序の乱れによるエネルギー準位の広がりを利用して、有機半導体において優れた特性を有する両極性（電子と正孔）電極を創出すると共に、電界発光素子（EL）および電界効果型トランジスタ型有機半導体レーザ実現へ向けた研究を遂行した。
成果として、(1)空間自由度と非調和フォノンの研究に関して、クラスレート型結晶に関して提案していた統一概念を、パイロクロア型およびスクッテルダイト型の結晶を含めて適用できる可能性を探った。(2)無秩序構造を利用した両極性有機半導体電極に関して、新しい概念の電極を提案して、有機半導体レーザ実現への可能性を示した。これらの研究成果は、結晶の完全性と不完全性の協調により実現される重要な成果である。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和2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2年度が最終年度であるため、記入しない。
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