電子-プロトン系の新しい光伝導デバイス

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03650027
• 研究機関: 北陸先端科学技術大学院大学
• 研究代表者: 三谷 忠興 北陸先端科学技術大学院大学, 材料科学研究科, 教授 (50010939)
• 研究分担者: 北川 宏 岡崎国立共同研究機構, 分子科学研究所, 助手 (90234244)
• キーワード: 光伝導 / プロトン / 電荷移動錯体 / 水素結合

研究概要

本年度の研究では、プロトン-電子結合系での新しい光伝導デバイスの可能性を探るために、新しい水素結合系電荷移動錯体[M(H_2DAG)(HDAG)]TCNQ(M=Ni,Pd,Pt)を開拓した。この試料の電気伝導度は、250K付近で半導体から金属に転移する。常温での可視及び赤外吸収スペクトルから、TCNQの有機π電子バンドは部分酸化状態にあることがわかる。このような変化をXPS測定から眺めてみると、Pt錯体では、低温部でII-IVの混合原子価状態に移行することがわかった。このことは、鎖間水素結合を通じて、遷移金属ドナーのdバンドと有機アクセプターのπバンドが電子のやり取りをしていることを示している。このような温度に敏感な電荷移動現象はこれまでに観測された例はなく、注目に値する。特に、これらの特異現象が錯体形成のプロセスに深く関与している点にある。この錯体の化学式から推論されるように、錯体形成には脱水素プロセスを伴っているが、このプロセスが金属の価数を決定し、さらに鎖間水素結合を介した電荷移動によってTCNQ層のキャリヤー数をも支配していることである。このような脱水素プロセスによる金属原子価数の制御という手法は、これまでに報告された例はなく、本研究によって始めて考案されたものである。
このシステムでは、常温での金属状態あるいは混合原子価状態が、低温ではプロトンの格子変形を伴った束縛状態へと変化する。その要因はdあるいはπ電子状態と配位子を含めたプロトン格子系との特異な相互作用にあると考えられるが、この状態での光伝導においてはプロトン移動をともなった特異な伝導機構の出現が予測され、今後の新しい展開が期待される。

研究成果

• [文献書誌] T.Mitani and T.Inabe: "“New Type of H-bonded CT Complexes;[M(H_2DAG)(HDAG)]TCNQ(M=Ni,Pd,Pt)" Mol.Cryst.Lig.Cryst.228. 155-160 (1993)
• [文献書誌] H.Okamoto et al.: "“A New Molecular system:1-D d-π electron system constructed by interchain H-bonds"" New Functional Materials C.1. 291-296 (1993)
• [文献書誌] H.Okamoto et al.: "“Photo-generation of solitons and polarons in the 1-D halogen bridged metal complexes"" Phys.Rev.Lett.69. 2284-2287 (1992)
• [文献書誌] H.Kitagawa et al.: "“A new molecular system:Cooperation of transition metal chain and CT stack via intermolecular H bonds"" Mol.Cryst.Lig.Cryst.216. 73-77 (1992)
• [文献書誌] H.Okamoto et al.: "“Control of CDW state in halogen-bridged metal complexes"." Material Science and Engineering. B13. 29-14 (1992)
• [文献書誌] K.Nakasuji et al.: "“Exploration of new cooperative proton-electron transfer(PET)systems.First example of extended conjugated quinhydrones:1,5-dihalo-2,6-naphthoquinhydrones"." J.Am.Chem.Soc.113. 1862-1864 (1991)
• [文献書誌] 三谷忠興: "Advance in Spectroscopy Vol.22" John Wiley & Sons, (1993)