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2020 年度 実績報告書

ペンタセン-ラジカル連結系の半導体特性と電流検出磁気共鳴による素子評価

研究課題

研究課題/領域番号 20J15238
研究機関大阪市立大学

研究代表者

加藤 賢  大阪市立大学, 大学院理学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2020-04-24 – 2022-03-31
キーワード電気的検出磁気共鳴 / 励起状態ダイナミクス / TIPS-ペンタセン / ペンタセン-ラジカル連結系
研究実績の概要

初年度は光によるキャリア注入に着目し、光キャリア生成メカニズムの解明手法の構築を目的にラジカル置換基が2個結合したペンタセン-ラジカル連結系とラジカル置換基を持たないペンタセン誘導体であるTIPS-ペンタセンの薄膜の光電流測定と電気的検出磁気共鳴(EDMR)測定とその温度変化測定を行った。
TIPS-ペンタセンの薄膜は明瞭な光電流が観測されたが、ペンタセン-ラジカル連結系ではほとんど観測されなかった。ペンタセン-ラジカル連結系はラジカル置換基を持たないペンタセン誘導体に比べて励起状態の寿命がおよそ1000倍以上短いため、キャリアを生成する前に基底状態に失活したと考えられる。
ペンタセン-ラジカル連結系は光電流のEDMR信号が得られなかったが、TIPS-ペンタセン薄膜ではESR共鳴条件で光電流が減少するEDMR信号が得られた。この信号は励起状態から電子と正孔に分かれて電荷キャリアを生成する中間状態である弱く相互作用した電子正孔対に由来するものだと考えられる。
TIPS-ペンタセンの薄膜を用いてキャリアダイナミクスの詳細を明らかにすることを目的に光電流とEDMRの温度変化測定を行った。光電流の信号強度は低温から高温にかけて指数関数的に増加した。一方、光電流のEDMRの温度変化測定では、EDMRの信号強度は温度に対して線形に変化せず、200 K付近で変化量が最大となった。励起状態から電子正孔対が自発的に生成し、電子正孔対から電荷キャリアの生成が熱活性であると仮定したダイナミクスを考慮した速度方程式から得られた解析解とStochastic-Liouville方程式による数値計算によって温度依存性のシミュレーションを行った。光電流の温度変化測定から見積もった電子正孔対から電荷キャリア生成過程における活性化エネルギーを用いることで、光電流のEDMRの温度依存性をよく再現することに成功した。

現在までの達成度 (段落)

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

今後の研究の推進方策

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Photogenerated carrier dynamics of TIPS-pentacene films as studied by photocurrent and electrically detected magnetic resonance2021

    • 著者名/発表者名
      Kato Ken、Teki Yoshio
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 23 ページ: 6361~6369

    • DOI

      10.1039/D0CP05125J

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Study of Photo-Carrier Generation Dynamics in TIPS-Pentacene Film by Temperature Dependence of Electrically Detected Magnetic Resonance Measurements2021

    • 著者名/発表者名
      Ken Kato, Yoshio Teki
    • 学会等名
      IES Virtual EPR Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] Spin Dynamics Study of Photo-Carrier Generation in TIPS-Pentacene Film by Electrically Detected Magnetic Resonance2021

    • 著者名/発表者名
      Ken Kato, Yoshio Teki
    • 学会等名
      日本化学会第101春季年会(2021)
  • [学会発表] 光電流および電気的検出磁気共鳴法によるTIPS-ペンタセン薄膜におけるキャリアダイナミクスの研究2020

    • 著者名/発表者名
      加藤賢、手木芳男
    • 学会等名
      第59回電子スピンサイエンス学会年会
  • [学会発表] 光電流と電気的検出磁気共鳴(EDMR)の温度変化測定によるTIPS-ペンタセン薄膜の光伝導キャリアダイナミクスの機構解明2020

    • 著者名/発表者名
      加藤賢、手木芳男
    • 学会等名
      分子科学オンライン討論会

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公開日: 2021-12-27  

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