特異な分子特性/集合構造の混成による新しい電子系の開拓

2007 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 15073214
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 佐藤 直樹 京都大学, 化学研究所, 教授 (10170771)
• 研究分担者: 吉田 弘幸 京都大学, 化学研究所, 助教 (00283664)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2007
• キーワード: 分子特性 / 分子集合構造 / 電子系 / 有機薄膜 / フロンティア電子構造 / 分子極性 / 静電挙動 / 電子物性

研究概要

本研究は、特異な分子特性と集合構造の混成による新しい電子系の開拓を念頭に置き、1)新奇な分子場が期待できる特徴的な分子の探索・調製、2)特徴的分子の集合化制御による分子場の形成・評価、3)特徴的分子の固有集合状態の光誘起等による外場効果の探査、4)新奇分子場や外場効果に基づく電子系の特性挙動の把握解明、を目指して薄膜、フロンティア電子構造、電子状態特性を軸にして展開した。
1)として、大環状π電子錯体のフタロシアニン化合物、ヘテロ環鎖状縮合分子に加え、分子性導体の分野ではこれまで取り上げられなかった両性極性分子、両性イオン分子などにも着目し、合成・精製を経て結晶・薄膜を作製し、構造-電子構造相関について、フロンティア電子状態の直接的観測を軸にして調べた。2)については、有機電界効果トランジスタの活性層材料に用いられるペンタセンの蒸着薄膜が自然酸化シリコン基板上で示す単結晶相、バルク相、薄膜相の多形に関し、後二者の構造を解析して分子の相対配置と分子間相互作用の相違を明らかにした。その結果を用いて密度汎関数法によるバンド計算を行い、各多形のエネルギー分散の特徴を捉え、電子物性の差異を解明した。フタロシアニン化合物や両性極性分子についても特徴ある結晶・薄膜多形を分子の集合化制御により実現した。3)に関して、両性極性分子の多形間にユニークな相転移を見いだすとともに、非中心対称性の分極結晶構造を導いた両性イオン分子の薄膜が、その表面電位を吸収光の照射により解消することも発見した。4)1〜3で対象とした系の特性や挙動を把握・解明するため、格子エネルギー、誘電特性などについて結晶中の分子の電子分極を考慮した第一原理計算を適宜行い、それぞれの電子系の特徴を捉えさらに新しい分子システムの構築に資する情報を総括した。

研究成果

• [雑誌論文] Electronic structure of l, 3, 5-trithia-2, 4, 6-triazapentalenyl on gold surfaces (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Iketaki, K. Kanai, W. Fujita, K. Awaga, J. Tsutsumi, H. Yoshida, N. Sato, M. Knupfer, Y. Ouchi, K. Seki
  • 雑誌名: Chem. Phys. Lett. 451 ページ: 58-62
  • 査読あり
• [雑誌論文] Aluminum diffusion and reaction in thin films of perylene-3, 4, 9, 10-tetracarboxylic dianhydride : depth profiles and time-dependent diffusion coefficients (2007)
  • 著者名/発表者名: H. Yoshida, N. Sato
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 91 ページ: 141915
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of a donor molecule with metal coordination sites toward multifunctional complexes (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Katoh, T. Sasamori, N. Tokitoh, N. Sato
  • 雑誌名: Chem. Lett. 36 ページ: 1122-1123
  • 査読あり
• [雑誌論文] X-ray diffraction reciprocal space mapping study of the thin film phase of pentacene (2007)
  • 著者名/発表者名: H. Yoshida, K. Inaba, N. Sato
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 90 ページ: 181930
  • 査読あり
• [雑誌論文] Grazing-incidence x-ray diffraction study of pentacene thin films with the bulk phase structure (2006)
  • 著者名/発表者名: H. Yoshida, N. Sato
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 89 ページ: 101919
  • 査読あり
• [雑誌論文] Frontier electronic structures in fluorinated copper phthalocyanine thin films studied using ultraviolet and inverse photoemission spectroscopies (2006)
  • 著者名/発表者名: R. Murdey, N. Sato, M. Bouvet
  • 雑誌名: Mol. Cryst. Liq. Cryst. 455 ページ: 211-218
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deposition of acrylonitrile cluster ions on solid substrates : Thin film formation by intracluster polymerization products (2006)
  • 著者名/発表者名: H. Yoshida, N. Sato
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 110 ページ: 4232-4239
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dicyanoaurate(I) salts with 1-alkyl-3-methylimidazolium : luminescent properties and room-temperature liquid forming (2006)
  • 著者名/発表者名: Y. Yoshida, J. Fujii G. Saito, T. Hiramatsu, N. Sato
  • 雑誌名: J. Mater. Chew. 16 ページ: 724-727
  • 査読あり
• [雑誌論文] Study of thin films of carrier-doped strontium titanate with emphasis on their interfaces with organic thin films (2005)
  • 著者名/発表者名: N. Sato, Y. Harada, T. Terashima, R. Kanda, M. Takano
  • 雑誌名: Appl. Surf. Sci. 244 ページ: 588-592
  • 査読あり
• [学会発表] Structures and surface electronic properties of evaporated thin films of a series of zwitterionic molecules (2007)
  • 著者名/発表者名: J. Tsutsumi, H. Yoshida, N. Sato, S. Kato
  • 学会等名: The 4th Workshop on Advanced Spectroscopy of Organic Materials for Electronic Applications
  • 発表場所: 千葉
  • 年月日: 2007-11-11
• [学会発表] IPES and UPS Studies on Frontier Electronic States in Organic Semiconductor Thin Films (2006)
  • 著者名/発表者名: N. Sato, H. Yoshida, R. J. Murdey
  • 学会等名: Asian Pacific Conference on Surface Science and Engineering
  • 発表場所: Hong Kong (China)
  • 年月日: 2006-12-19
• [学会発表] Observation of Electronic Structure of Frontier States in Organic Semiconductor Thin Films (2006)
  • 著者名/発表者名: N. Sato, H. Yoshida, R. J. Murdey
  • 学会等名: Workshop on Charge Carrier Injection $ TransportPhenomena in Organic Thin Films and the 10th European Conference on Organised Films
  • 発表場所: Riga (Latvia)
  • 年月日: 2006-08-20
• [図書] 「有機トランジスタ材料の評価と応用II」中の第3編/第1章「薄膜構造解析」 (2008)
  • 著者名/発表者名: 吉田弘幸, 佐藤直樹, 稲葉克彦
  • 総ページ数: 14
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] 「表面物性工学ハンドブック第2版」中の第4章2「逆光電子分光法」 (2007)
  • 著者名/発表者名: 佐藤直樹
  • 総ページ数: 7
  • 出版者: 丸善
• [図書] 「化学便覧基礎編改訂5版」中の14.1.1、14.1.2、15.9.1、15.9.2、15.9.3 (2004)
  • 著者名/発表者名: 佐藤直樹
  • 総ページ数: 17
  • 出版者: 丸善
• [備考] 研究代表者・研究分担者の研究内容・研究成果に関するwebページのURL:
  • URL: http://www.scl.kyoto-u.ac.jp/~yoshida/kenkyugaiyou.htm.