ソリトン、ポーラロンによる共役ポリマーデバイスの機能発現とその制御

2008 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 17067007
• 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: 名古屋大学
• 研究代表者: 黒田 新一 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20291403)
• 研究分担者: 伊東 裕 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (10260374) ; 丸本 一弘 筑波大学, 数理物質科学科, 准教授 (50293668)
• 研究期間 (年度): 2005 – 2008
• キーワード: 共役ポリマー / フラーレン / 電子スピン共鳴 / ソリトン / ポーラロン / バイポーラロン / バイポーラロン

研究概要

共役ポリマーデバイスは、電界発光素子やトランジスタ、太陽電池などへ応用が注目されている。本研究では、高感度のミクロ検出手法である電子スピン共鳴(ESR)法を共役ポリマーデバイスへ適用し、デバイス中での電荷キャリアがスピンと電荷を持つポーラロンであること、また高キャリア濃度では、スピンをもたないバイポーラロンへと転化することを明らかにした。さらにキャリアの存在する有機界面活性層における分子配向や、キャリア波導関数などのミクロ情報の重要性を確立することに成功した。

研究成果

• [雑誌論文] ESR studies of ambipolar charge charriers in metal-insulator-semiconductor diodes of regioregular poly(3-hexylthiophene)/PCBM composites (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Watanabe, H. Tanaka, H. Ito, K, Marumoto, S. Kuroda
  • 雑誌名: Synth. Met. 159 ページ: 893-896
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct observation of the charge carrier concentration in organic field-effect transistors by electron spin resonance (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Tanaka, S. Watanabe, H. Ito, K. Marumoto, S. Kuroda
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 94 ページ: 103308(1-3)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Roles of spin fluctuation and frustration in the superconductivity of ・-(BDA-TTP)2X(X=SbF6 ,AsF6) under uniaxial compression (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Ito, T. Ishihara, H. Tanaka, S. Kuroda, T. Suzuki, S. Onari, Y. Tanaka, J. Yamada, K. Kikuchi
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 78 ページ: 172506(1-4)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Uniaxial Compression on the Superconductivity of β-BDA-TTP Salts (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Ito, T. Ishihara, H. Tanaka, S. Kuroda, J. Yamada
  • 雑誌名: J. Phys.: Conference Series 132 ページ: 012012(1-7)
  • 査読あり
• [雑誌論文] ESR observations of optically generated solitons in the quasi-one-dimensional iodo-bridged diplatinum complex Pt2(n-pentylCS2)4I (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Tanaka, H. Nishiyama, S. Kuroda, T. Yamashita, M. Mitsumi, and K. Toriumi
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 78(3) ページ: 033104(1-4)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photocurrent of regioregular poly(3-alkylthiophene) /fullerene composites in surface-type photocells (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Ito, Y. Niimi, A. Suzuki, K. Marumoto, S. Kuroda
  • 雑誌名: Thin Solid Films 516 ページ: 2743-2746
  • 査読あり
• [雑誌論文] One-Dimensional Bromo- Bridged NiIII complexes [Ni(S,S-bn)2Br]Br2(S,S-bn=2S,3S- diaminobutane):Synthesis, Physical Properties, and Electrostatic Carrier Doping (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Takaishi, M. Yamashita, H. Matsuzaki, H. Okamoto, H. Tanaka, S. Kuroda, A. Goto, T. Shimizu, T. Takenobu, and Y. Iwasa
  • 雑誌名: Chem. Eur. J. 14 ページ: 472-477
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electron Spin Resonance Observation of Gate-Induced Ambipolar Charge Carriers in Organic Devices (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Marumoto, T. Sakamoto, S. Watanabe, H. Ito, S. Kuroda
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 46(48) ページ: L1191-L1193
  • 査読あり
• [雑誌論文] 有機FET界面における伝導機構と磁性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 丸本一弘、黒田新一
  • 雑誌名: 日本物理学会誌 第62巻11号 ページ: 851-855
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electron spin resonance observation of gate-induced charge carriers in organic field-effect devices fabricated on silicon substrates (2007)
  • 著者名/発表者名: S. Watanabe, K. Ito, H. Tanaka, H. Ito, K. Marumoto and S. Kuroda
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 46 ページ: L792-L795
  • 査読あり
• [雑誌論文] Light-Induced ESR Studies of Quadrimolecular Recombination Kinetics of Photogenerated Charge Carriers in Regioregular Poly(3-alkylthiophene)/C60 Composites -Alkyl Chain Dependence (2007)
  • 著者名/発表者名: H. Tanaka, N. Hasegawa, T. Sakamoto, K. Marumoto and S. Kuroda
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 46 ページ: 5187-5192
  • 査読あり
• [雑誌論文] 有機分子材料の構造と機能II(高分子系) (2007)
  • 著者名/発表者名: 黒田新一
  • 雑誌名: 応用物理 第76巻7号 ページ: 795-798
  • 査読あり
• [雑誌論文] Metal-insulator transition of charge transfer salts based on unsymmetrical donor DMET and metal halide anions, (DMET)4(MCl4)(TCE)2 (M = Mn, Co, Cu, Zn; TCE = 1,1,2-trichloroethane) (2007)
  • 著者名/発表者名: H. Ito, D. Suzuki, H. Watanabe, H. Tanaka, S. Kuroda, 他10名
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 129 ページ: 8510-8518
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electron-nuclear double-resonance observation of special extent of polarons in polythiophene and poly(3-alkylthiophene) (2007)
  • 著者名/発表者名: S. Kuroda, K. Marumoto, T. Sakanaka, N. Takeuchi, Y. Shimoi, S. Abe, H. Kokubo, T. Yamamoto
  • 雑誌名: Chem. Phys. Lett. 435 ページ: 273-277
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spatial extent of wave functions of gate-induced hole carriers in pentacene field-effect devices as investigated by electron spin resonance (2006)
  • 著者名/発表者名: K. Marumoto, S. Kuroda, T. Takenobu and Y. Iwasa
  • 雑誌名: Physical Review Letters 97 ページ: 256603(1-4)
  • 査読あり
• [雑誌論文] ESR studies of the spin dynamics in quasi-one-dimensional iodo-bridged diplatinum complex Pt2(n-pentylCS2)4I (2006)
  • 著者名/発表者名: H. Tanaka, S. Kuroda, T. Yamashita, M. Mitsumi, and K. Toriumi
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 73 ページ: 245102
  • 査読あり
• [雑誌論文] Control of formation and molecular orientation of J-aggregates in Langmuir-Blodgett films of mixed merocyanine dyes (2006)
  • 著者名/発表者名: H. Tanaka, T. Mizutani, S. Kuroda
  • 雑誌名: Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 284-285 ページ: 97-102
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular-fastener effects on transport property of TTCn-TTF field-effect transistors (2006)
  • 著者名/発表者名: S. Ukai, S. Igarashi, M. Nakajima, K. Marumoto, H. Ito, S. Kuroda, K. Nishimura, Y. Enomoto, G. Saito
  • 雑誌名: Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 284-285 ページ: 589-593
  • 査読あり
• [雑誌論文] Photocurrent of thin-film cells of regioregular polyalkylthiophene/C60 composites (2006)
  • 著者名/発表者名: H. Ito, N. Nomura, T. Suzuki, S. Ukai, K. Marumoto, S. Kuroda
  • 雑誌名: Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 284-285 ページ: 613-616
  • 査読あり
• [雑誌論文] ESR studies of field-induced polarons in MIS diode structures with self-organized regioregular poly(3-hexylthiophene) (2006)
  • 著者名/発表者名: K. Marumoto, Y. Nagano, T. Sakamoto, S. Ukai, H. Ito and S. Kuroda
  • 雑誌名: Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 284-285 ページ: 617-622
  • 査読あり
• [雑誌論文] Conduction Anisotropy of the Halogen-Bridged Metal Complex Pt2(n-butylCS2)4I (2005)
  • 著者名/発表者名: H. Ito, M. Hanada, H. Tanaka, S. Kuroda, M. Mitsumi, K. Toriumi
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 74(12) ページ: 3334-3339
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrical conduction of regioregular and regiorandom poly(3-hexylthiophene)s doped with iodine (2005)
  • 著者名/発表者名: S. Ukai, H. Ito, K. Marumoto, S. Kuroda
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 74 ページ: 3314-3319
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electron spin resonance of field-induced polarons in regioregular poly(3-alkylthiophene) using metal-insulator-semiconductor diode structures (2005)
  • 著者名/発表者名: K. Marumoto, Y. Muramatsu, Y. Nagano, T. Iwata, S. Ukai, H. Ito, S. Kuroda, Y. Shimoi and S. Abe
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 74 ページ: 3066-3076
  • 査読あり
• [雑誌論文] ESR observations of electric-field-induced polarons in regioregular poly(3-alkylthiophene)s in MIS diode structures (2005)
  • 著者名/発表者名: K. Marumoto, Y. Muramatsu, S. Ukai, H. Ito and S. Kuroda
  • 雑誌名: Synthetic Metals 154 ページ: 45-48
  • 査読あり
• [雑誌論文] 高移動度導電性高分子ポリチオフェンのMIS構造を用いた電界注入ポーラロンのESR観測 (2005)
  • 著者名/発表者名: 丸本一弘、黒田新一
  • 雑誌名: 電子スピンサイエンス学会誌 第3巻第1号 ページ: 25-31
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electron spin resonance of charge carriers in organic field-effect devices
  • 著者名/発表者名: S. Kuroda, S. Watanabe, K. Ito, H. Tanaka, H. Ito, K. Marumoto
  • 雑誌名: Appl. Magn. Reson. (in press)
  • 査読あり
• [学会発表] Electron spin resonance of charge carriers in organic field-effect devices (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Kuroda
  • 学会等名: 6th Asia Pacific EPR/ESR Symposium(APES 2008)(Plenary Lecture)
  • 発表場所: Cairns, Australia
  • 年月日: 20080713-18
• [学会発表] ESR observations of charge carriers in regioregular poly(3-hexylthiophene) field-effect devices", 18th Iketani Conference (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Kuroda
  • 学会等名: International conference on control of super-hierarchical structures and innovative functions of next-generation conjugated polymers(Oral)
  • 発表場所: Awaji
  • 年月日: 2008-10-22
• [学会発表] ESR studies of ambipolar charge carriers in MIS diodes of regioregular poly(3-hexylthiophene)/PCBM composite", 18th Iketani Conference (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Watanabe
  • 学会等名: International conference on control of super-hierarchical structures and innovative functions of next-generation conjugated polymers(outstanding student poster award)
  • 発表場所: Awaji
  • 年月日: 2008-10-22
• [学会発表] Development of A New Method for Studying Microscopic Properties of Organic Devices by Electron Spin Resonance (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Marumoto
  • 学会等名: A Joint Conference of the International Symposium on Electron Spin Science and the 46th Annual Meeting of the Society of Electron Spin Science and Technology(ISESS-SEST2007)(Invited)
  • 発表場所: Shizuoka, Japan
  • 年月日: 20071106-09
• [学会発表] Electron Spin Resonance of Charge Carriers in Organic Field-Effect Devices - Carrier Wavefunctions and Molecular Orientations at Device Interface (2007)
  • 著者名/発表者名: S. Kuroda
  • 学会等名: 12th International Conference on Organized Molecular Films(LB-12)(Oral)
  • 発表場所: Krakow, Poland
  • 年月日: 20070701-05
• [学会発表] Electron Spin Resonance of Charge Carriers in Organic Thin-Film Devices (2007)
  • 著者名/発表者名: S. Kuroda
  • 学会等名: The 1st International Workshop on Super-Hierarchical Structures
  • 発表場所: Osaka
  • 年月日: 2007-03-18
• [学会発表] Photocurrent of Regioregular Poly(3-alkylthiophene)/Fullerene Composites in Surface-Type Photocells (2006)
  • 著者名/発表者名: H. Ito
  • 学会等名: The 7th Int. Conf. on Nano-Molecular Electronics(ICNME 2006)
  • 発表場所: Kobe, Japan
  • 年月日: 20061213-15
• [学会発表] ESR Studies of Gate-Induced Hole Carriers in Organic Field-Effect Devices (2006)
  • 著者名/発表者名: K. Marumoto
  • 学会等名: KINKEN Workshop on Organic Field Effect Transistors(Invited)
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 20061020-21
• [学会発表] ESR Observation of Charge Carriers in Organic Thin-Film Devices (2006)
  • 著者名/発表者名: S. Kuroda
  • 学会等名: Sendai-Berlin-Novosibirsk 2006 Joint Seminer on Advanced EPR(Invited)
  • 発表場所: Novosibirsk, Russia
  • 年月日: 20060828-31
• [学会発表] Electron spin resonance of field-induced polarons in MIS diode structures and polaron-bipolaron transformation at high doping levels (2006)
  • 著者名/発表者名: S. Kuroda
  • 学会等名: Int. Conf. on Science and Technology of Synthetic Metals 2006(ICSM 2006)
  • 発表場所: Dublin, Ireland
  • 年月日: 20060702-07
• [学会発表] Electron Spin Resonance Observation of Charge Carriers in Conjugated-Polymer Thin-Film Devices (2006)
  • 著者名/発表者名: S. Kuroda
  • 学会等名: 3rd IUPAC-sponsored International Symposium on Macro- and Supramolecular Architectures and Materials(MAM-06):Practical Nano-Chemistry and Novel Approaches(Oral)
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 20060528-0601
• [学会発表] Electron Spin Resonance Spectroscopy of Charge Carriers in Organized Molecular Thin-Film Devices (2005)
  • 著者名/発表者名: S. Kuroda
  • 学会等名: The 11th Int. Conf. on Organized Molecular Films(LB11)
  • 発表場所: Sapporo, Japan
  • 年月日: 20050626-30
• [学会発表] ESR studies of field-induced polarons in MIS diode structures with self-organized regioregular poly(3-hexylthiophene) (2005)
  • 著者名/発表者名: K. Marumoto
  • 学会等名: The 11th Int. Conf. on Organized Molecular Films(LB11)
  • 発表場所: Sapporo, Japan
  • 年月日: 20050626-30
• [学会発表] Photocurrent of the thin film cells of regioregular polyalkylthiophene/C60 composites (2005)
  • 著者名/発表者名: H. Ito
  • 学会等名: The 11th Int. Conf. on Organized Molecular Films(LB11)
  • 発表場所: Sapporo, Japan
  • 年月日: 20050626-30
• [図書] ペンタセンFETの伝導機構、低分子有機半導体の高性能化, 第1章第3節 (2009)
  • 著者名/発表者名: 丸本一弘
  • 出版者: サイエンス&テクノロジー、東京
• [図書] 次世代共役ポリマーの超階層制御と革新機能, 第III編第2章 (2009)
  • 著者名/発表者名: 黒田新一、伊東裕、田中久暁、丸本一弘
  • 総ページ数: 243-249
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] 有機薄膜太陽電池の高効率化と耐久性向上, 第9章第3節 (2009)
  • 著者名/発表者名: 丸本一弘
  • 総ページ数: 339-349
  • 出版者: サイエンス&テクノロジー
• [図書] 有機トランジスタ材料の評価と応用II, 第3篇2章 (2008)
  • 著者名/発表者名: 丸本一弘、黒田新一
  • 総ページ数: 146-164
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] 最新 導電性高分子 全集, 第4章1節 (2007)
  • 著者名/発表者名: 伊東 裕、黒田新一
  • 出版者: 技術情報協会
• [備考] 新聞報道 2006年12月28日、日刊工業、日経産業新聞
• [備考] 受賞 丸本一弘、平成19年度電子スピンサイエンス学会奨励賞(電子スピン共鳴を用いた有機デバイスのミクロ特性評価法の開発)
• [備考] ホームページ
  • URL: http://www.nuap.nagoya-u.ac.jp/~kurodalab/ESRdevice/ESRdevice-index.htm