研究課題
課題では量子ビーム(主に光・電子線)とマイクロ波を複合利用することで、機半導体材料中の電荷キャリアのナノ秒～ミリ秒におけるダイナミクスと薄膜構造(ナノ～マイクロメータースケール)の相関を研究する。マイクロ波は電極レス電気伝導度測定に用い、電子線はパルスラジオリシスの照射源として利用し、両者の結果を併せることで、未だ不明な点が多い有機半導体中の電荷ダイナミクスの基礎科学に貢献する。本課題の成果は高性能有機デバイスの実現、量子ビーム・マイクロ波技術利用の進展開に寄与すると期待される。本年度は時間分解マイクロ波伝導度(TRMC)、光過渡吸収分光(TAS)、および電子線パルスラジオリシス(ns-EB-PR)を組み合わせて超分子ナノチューブのチューブ内電荷移動度の定量を行った。まず、TRMC測定から平面π共役分子であるヘキサベンゾコロネン(HBC)にフラーレン(C_<60>)を結合した分子からなる超分子集合体は、ドナー・アクセプターによる効率的な電荷分離とHBC分子のπスタックに基づく高い電荷移動特性を持つことを示した。さらにTAS測定では、HBCラジカルカチオン(ホール)に起因する吸収ピークが観測された。そこで、ns-EB-PRによってその吸収ピークおよび吸光係数の同定を行い、TASの結果と併せて電荷生成効率φを実験的に求めることに成功した。この結果とTRMCの結果より、HBCナノチューブは2cm^2/Vsにもおよぶ高いチューブ内1次元方向のホール移動度を示すことが明らかとなった。また、昨年度は有機太陽電池材料として期待されている立体規則性ポリチオフェンの本質的電荷移動度定量に成功したが、本年度はさらに詳細な研究を行うため、高分子側鎖の長さが及ぼす影響を検討した。ブチル基からドデシル基まで鎖長を変化させると、TRMCで得られた移動度およびはキャリアの減衰速度は単調に減少していく結果となった。これはポリチオフェンで得られる高いTRMC移動度は分子間電荷移動を反映していることを示唆しており、また減衰過程も長距離拡散を経ていることが明らかとなった。
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