有機半導体の活性サイトの理論

2018 年度 実績報告書

• 研究領域: ３Ｄ活性サイト科学
• 研究課題/領域番号: 26105011
• 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: 柳澤 将 琉球大学, 理学部, 准教授 (10403007) ; 田村 宏之 東京大学, 先端科学技術研究センター, 特任准教授 (60390655)
• 研究期間 (年度): 2014-07-10 – 2019-03-31
• キーワード: 有機半導体 / 活性サイト / 理論

研究実績の概要

有機半導体の機能解析およびその制御には、不規則性に由来する活性サイトの解明と制御が重要になっている。そのため、精密な原子構造・電子構造解析による活性サイト研究の下、電気的、光学的機能設計のための理論的体系を構築することを目的に研究を行っている。最終年度として以下のように研究をまとめ公表した。
【課題１】第一原理電子状態計算による有機半導体の電子・原子構造と活性サイトの理論　ファンデルワールス密度汎関数理論による有機半導体結晶の構造決定法の確立を行い、ペンタセン結晶相における新しい結晶構造、[n]フェナセン結晶構造、イオン化エネルギー・電子親和力の表面分子配向への依存性をまとめ、論文等に発表した。
【課題２】有機半導体のキャリア伝導と活性サイトの理論　有機半導体のキャリア輸送理論を高精度化して発展させ論文等にて発表するとともに、実験グループで測定されているナノグラフェンフラーレン共結晶等に関する有機材料の伝導性能を明らかにした。
【課題３】有機半導体のフォノン場、フォトン場との相互作用と活性サイトの理論　有機結晶中の励起子の量子動力学モデルを発展させるとともに、有機太陽電池のエネルギー変換効率の向上のため、シングレット・フィッションの反応機構を解明した。三重項励起子対が分子間励起子相互作用によって安定化されることを示すとともに、フリー三重項への解離は一般的に吸熱反応となることを論文等に発表した。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Platinum Single-atom Adsorption on Graphene: a density functional theory study (2019)
  • 著者名/発表者名: S. A. Wella, Y. Hamamoto, I. Hamada, Suprijadi, and Y. Morikawa
  • 雑誌名: Nanoscale Adv. 巻: 1 ページ: 1165
  • DOI: 10.1039/c8na00236c
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Theory of electron transport at the atomistic level (2018)
  • 著者名/発表者名: N. Kobayashi, H. Ishii, K. Hirose
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 57 ページ: 08NA01
  • DOI: 10.7567/JJAP.57.08NA01
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Computational Study on Atomic Structures, Electronic Properties, and Chemical Reactions at Surfaces and Interfaces and in Biomaterials (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Takano, N. Kobayashi, Y. Morikawa
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 87 ページ: 61013
  • DOI: 10.7566/JPSJ.87.061013
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Surface Structure of Organic Semiconductor [n]Phenacene Single Crystals (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Wakabayashi, M. Nakamura, K. Sasaki, T. Maeda, Y. Kishi, H. Ishii, N. Kobayashi, S. Yanagisawa, Y. Shimo, Y. Kubozono
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 140 ページ: 14046
  • DOI: 10.1021/jacs.8b08811.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Quantitative mobility evaluation of organic semiconductors using quantum dynamics based on density functional theory (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Ishii, J. Inoue, N. Kobayashi, K.Hirose
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 98 ページ: 235422
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.98.235422
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A New Pentacene Polymorph Induced by Interaction with a Bi(0001) Substrate (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Shirasawa, S. Yanagisawa, S. Hatada, W. Voegeli, Y. Morikawa, and T. Takahashi
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 122 ページ: 6240
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.8b00892
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Impact of the molecular quadrupole moment on ionization energy and electron affinity of organic thin films: Experimental determination of electrostatic potential and electronic polarization energies (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Yamada, S. Yanagisawa, T. Koganezawa, K. Mase, N. Sato, and H. Yoshida
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 97 ページ: 245206
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.97.245206
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Validity of density-functional-theory-based molecular modeling for UV/visible spectroscopy and rationale of panchromatic PbI64-(MeNH3+)4-structured molecular solar cells (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Yanagida, S. Yanagisawa, M. Yanagida, and H. Segawa
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 57 巻: 57 ページ: 121602
  • DOI: 10.7567/JJAP.57.121602
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Hydrogen-bond Induced Nitric Oxide Dissociation on Cu(110) (2018)
  • 著者名/発表者名: N. T. Pham, M. Sugiyama, F. Muttaqien, S. E. M. Putra, K. Inagaki, N. S. Do, Y. Hamamoto, I. Hamada, Y. Morikawa
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 122 ページ: 11814
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.8b01208
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Ultrafast carbon monoxide photolysis and heme spin-crossover in myoglobin via nonadiabatic quantum dynamics (2018)
  • 著者名/発表者名: K Falahati, H Tamura, I Burghardt, M Huix-Rotllant
  • 雑誌名: Nature Communications 9 巻: 9 ページ: 4502
  • DOI: 10.1038/s41467-018-06615-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Robust singlet fission in pentacene thin films with tuned charge transfer interactions (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Broch, J. Dieterle, F. Branchi, N. Hestand, Y. Olivier, H. Tamura, C. Cruz, V. Nichols, A. Hinderhofer, D. Beljonne, F. Spano, G. Cerullo, C. Bardeen, and F. Schreiber,
  • 雑誌名: Nature Communications 9 巻: 9 ページ: 954
  • DOI: 10.1038/s41467-018-03300-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Atomic and electronic structures of organic semiconductors (2019)
  • 著者名/発表者名: N.Kobayashi
  • 学会等名: Symposium on 3D Active-site Science in London
  • 国際学会
• [学会発表] 有機半導体の活性サイトの理論 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小林伸彦
  • 学会等名: 第9回 ３Ｄ活性サイト科学 成果報告会
• [学会発表] 波束拡散法を用いた有機半導体の熱電物性計算 (2019)
  • 著者名/発表者名: 石井宏幸、小林伸彦、広瀬賢二
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会
• [学会発表] 有機半導体の価電子帯構造におけるSHOMOの効果 (2019)
  • 著者名/発表者名: 黒田悠暉、石井宏幸、吉野さやか、三谷真人、岡本敏宏、竹谷純一、小林伸彦
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会
• [学会発表] 有機半導体の結晶構造とキャリア移動度の予測：移動度予測シミュレーション (2019)
  • 著者名/発表者名: 石井宏幸、小畑繁昭、新津直幸、渡邉峻一郎、後藤仁志、広瀬賢二、小林伸彦、岡本敏宏、竹谷純一
  • 学会等名: 第66回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] First-Principles Study of Charge Transport in Organic Semiconductors (2018)
  • 著者名/発表者名: N.Kobayashi, H.Ishii, K.Hirose
  • 学会等名: ACSIN-14 & ICSPM26
  • 国際学会
• [学会発表] Second-Highest-Occupied-Orbital Effects on Valence Band Structure of Organic Semiconductors (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Kuroda, H. Ishii, S. Yoshino and N. Kobayashi
  • 学会等名: ACSIN-14 & ICSPM26
  • 国際学会
• [学会発表] High-Performance Simulation for Quantum Charge Transport in Large-Scale Materials (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Ishii and N. Kobayashi
  • 学会等名: American international Meeting on Electrochemistry and Solid state science
  • 国際学会
• [学会発表] 非平衡グリーン関数法によるナノコンタクト系の電子輸送計算 (2018)
  • 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2018年秋季大会
• [学会発表] 有機半導体の活性サイトの理論 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小林伸彦
  • 学会等名: 第8回 ３Ｄ活性サイト科学 成果報告会
• [図書] Theory of Electrical Conduction in 3D Local Structure and Functionality Design of Materials, Eds. H. Daimon and Y. C. Sasaki (2019)
  • 著者名/発表者名: N. Kobayashi, H. Ishii, K. Hirose
  • 総ページ数: 13
  • 出版者: World Scientific Publishing
  • ISBN: 9789813273665
• [図書] Theoretical Chemistry for Advanced Nanomaterials - Functional Analysis by Computation and Experiment (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Yanagisawa and I. Hamada
  • 総ページ数: 印刷中
  • 出版者: Springer Nature
  • ISBN: -
• [備考] 3D活性サイト科学
  • URL: www.3d-activesite.jp/
• [備考] 筑波大学小林研
  • URL: www.bk.tsukuba.ac.jp/~cmslab/