変位電流および光第2次高調波の同時測定による界面分子膜の誘電特性の評価

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12450122
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 岩本 光正 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (40143664)
• 研究分担者: 間中 孝彰 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (20323800) ; 真島 豊 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助教授 (40293071)
• キーワード: 変位電流 / SHG / 誘電特性 / 単分子膜 / 光変位電流 / オーダーパラメータ / 分子膜モデル

研究概要

1.分子膜の線形及び非線形誘電率評価のためのMDC-SHG計測
液晶性分子としてアルキルシアノビフェニル(nCB)とアルコキシシアノビフェニル(nOCB)系の分子に着目し、水面上で形成される単分子膜の圧力刺激に対する変位電流およびSHGを計測した。特にs偏光出射のSHGにおいて、nCBとnOCBで大きな違いを捉えることができた。さらに非線型誘電率評価システムに基本光として1064nmとともに新たに532nmのシステムを導入した。これによりシグナルの増大およびSN比の向上が実現できた。また、有機分子膜としてアゾ系色素分子膜を用い、光刺激によるシス-トランス異性化において、量子論的な立場から三状態モデルを用いて異性化反応と変位電流の関係を明らかにすることができた。
2.分子膜の解析手法(配向度解析手法)の研究
1次と3次のオーダーパラメータを同時に測定する方法に対して、フレネル係数(膜の誘電率)を考慮した計算を行い、膜の誘電率を無視した場合との差異を明確にした。構造対称性C_<∞v>を有する分子膜の非線型感受率テンソルと分子オーダーパラメータS_1, S_3との関係を理論的に結びつけるとともに、対称性の低くなった系(分子が傾いた場合)におけるミクロな感受率とマクロな感受率を結びつける理論式を導出した。
3.分子膜の物性と構造
(単分子膜レベルの構造変化とSHG、MDCの関係)
リン脂質分子や液晶分子において観測される単分子膜レベルでの相転移現象を弾性体理論にもとづくエネルギー的考察から理論的検討を行い、膜圧縮に伴う相転移現象が明らかとなった。この相転移に伴って、変位電流およびSHGが大きく変化することを、nOCB系分子について実験的に確認した。

研究成果

• [文献書誌] Atsushi Tojima: "Orientational order study of monolayers at the air/water interface by Maxwell-displacement current and optical second harmonic generation"J. Chem. Phys.. 115. 9010-9017 (2001)
• [文献書誌] Mitsumasa Iwamoto: "Nanometric Electrostatic Phenomena at Molecular Interfaces"Conjugated Polymer and Molecular Interfaces (ed. By W.R.Salaneck, K.Seki, A.Kahn, J.J.Pireaux). 251-264 (2001)
• [文献書誌] Mitsumasa Iwamoto: "Electrostatic phenomena in polyimide Langmuir-Blodgett films : Space charge distribution and electronic density of states at the film/metal interface"Polyimides and Other High Temperature Polymers (ed. By K. L. Mittal). 1-12 (2001)
• [文献書誌] Mitsumasa Iwamoto: "Electrical Properties of Organic Monolayer Films"Supramolecular Photosensitive and Electractive Materials (edited by H.S.Nalwa). 859-906 (2001)
• [文献書誌] 渡嶋淳: "水面上単分子膜の変位電流と光第2次高調波の測定"電気学会論文誌A. 120-A. 1076-1080 (2000)
• [文献書誌] Daisuke Shimura: "Photo-isomerization of Azobenzene Dendrimer Monolayer Investigated by Maxwell Displacement Current Technique"Jpn. J. Appl. Phys.. 40. 7085-7090 (2001)
• [文献書誌] Yoshiko Miura: "Multilayer formation of oriented helical peptides glued by hydrogen bonding"Thin Solid Films. 393. 59-65 (2001)
• [文献書誌] Cheng Quan Li: "Analysis of Potential Distribution and Current-Voltage Characteristic in Polyimide Langmuir-Blodgett Films"Jpn. J. Appl. Phys.. 40. 4575-4580 (2001)
• [文献書誌] Masaki Tsuchida: "Interfacial electrostatic Phenomena in phthalocyanine Langmuir-Blodgett Films under Photoillumination"Jpn. J. Appl. Phys.. 40. 1315-1321 (2001)
• [文献書誌] Atsushi Tojima: "Orientational order study of 4-alkyl-4'-cyanobiphenyl Langmuir films by Maxwell displacement current and optical second harmonic generation measurements"Thin Solid Films. 393. 86-91 (2001)
• [文献書誌] Takaaki Manaka: "Enhancement of second-harmonic generation for phthalocyanine Langmuir-Blodgett films on metal electrodes"Thin Solid Films. 393. 119-123 (2001)
• [文献書誌] Atsushi Tojima: "Determination of Orientational Order Parameters of 4-Alkyl-4'-Cyanobiphenyl Monolayers at the Air-Water Interface by Maxwell-Displacement-Current and Second Harmonic Generation Measurement"Mol. Cryst. Liq. Cryst.. 367. 53-60 (2001)
• [文献書誌] Yutaka Noguchi: "Space charge effect and the step voltages in metal/polyimide/rhodamine-dendorimer/polyimide/Metal junction"J. Appl. Phys.. 90. 1368-1370 (2001)