精密電子状態評価による有機半導体界面に特徴的な電子機能の解明

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26248062
• 研究機関: 分子科学研究所
• 研究代表者: 解良 聡 分子科学研究所, 光分子科学研究領域, 教授 (10334202)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 界面電子状態 / 電荷輸送 / 電子準位接合

研究実績の概要

低残留磁場測定槽に逆光電子分光装置ならびに低速電子線回折装置を組み込んだ。装置構築と並行して、シンクロトロン放射光施設を利用した実験等により有機薄膜界面の電子状態研究について、以下の成果を得た。
＜表面を反応場とした有機金属錯体反応と電荷移動制御＞投稿準備中
金属基板上に有機分子が吸着すると、強い相互作用により空準位へ電荷移動が生じるが、その機構はまだ理解されていない。遷移金属フタロシアニン分子は中心金属の配位子場に応じて電子状態が異なり、電子軌道の束縛エネルギーのみならず空間的分布を操作することができる。走査プローブ顕微鏡と電子線回折による二次元構造、X線定在波分光による吸着高さの定量決定、内殻励起光電子分光および角度分解紫外光電子分光による電子状態測定を多角的に組みあわせることで、金属表面を反応場とした電荷移動現象の検証に成功した。5グループ国際共同研究である。
＜弱い相互作用系における電子構造変調の実験検証＞一部発表済・他準備中
ファンデルワールス力を基本とした弱い相互作用による電子状態の変化は、物性発現とその制御に対して非常に重要であるが実験的検証が極めて困難である。C60単結晶を試料として紫外光電子分光実験にはじめて成功し、バンド状態密度の定量的な評価を行った。またパイ共役系有機半導体DBP分子について、膜成長構造の精密な測定と構造解析を行い論文報告した。電子状態についての論文を準備中である。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

装置の移設作業および真空装置の立ち上げ作業がやや遅れたため、当初計画の電荷輸送機構の解明にむけた「分子軌道の自由度とエネルギー」へのリンクづけが難航している。それ以外の電荷移動や電子準位接合実験について補足データの取得は順調に進行しており、研究全体の進捗状況は問題ない。

今後の研究の推進方策

電子準位接合解明について、逆光電子分光実験装置の調整を進め、構造規定された同一試料について価電子帯と伝導帯の知見を得る。電荷輸送機構の解明について、配向単分子層結晶膜を作製し、運動エネルギーに依存した振動結合状態の測定のため、高精度角度分解光電子分光実験を進める。

研究成果

• [国際共同研究] イエナ大学/フンボルト大学/ユーリッヒ研究所(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: イエナ大学/フンボルト大学/ユーリッヒ研究所
• [国際共同研究] 蘇州大学(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: 蘇州大学
• [国際共同研究] ワイツマン研究所(イスラエル)
  • 国名: イスラエル
  • 外国機関名: ワイツマン研究所
• [国際共同研究] グラーツ工科大学(オーストリア)
  • 国名: オーストリア
  • 外国機関名: グラーツ工科大学
• [雑誌論文] Tuning the work function of GaN with organic molecular acceptors (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Schultz, R. Schlesinger, J. Niederhausen, F. Henneberger, S. Sadofev, S. Blumstengel, A. Vollmer, F. Bussolotti, J.-P. Yang, S. Kera, K. Parvez, N. Ueno, K. Mullen, and N. Koch
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 93 ページ: 125309-1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.93.125309
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Charge transfer states appear in the π-conjugated pure hydrocarbon molecule on Cu(111) (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Yonezawa, Y. Suda, S. Yanagisawa, T. Hosokai, K. Kato, T. Yamaguchi, H. Yoshida, N. Ueno, S. Kera
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 9 ページ: 045201-1-4
  • DOI: 10.7567/APEX.9.045201
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Self-Assembly of Tetraphenyldibenzoperiflanthene (DBP) Films on Ag(111) in the Monolayer Regime (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Kirchhuebel, M. Gruenewald, F. Sojka, S. Kera, F. Bussolotti, T. Ueba, N. Ueno, G. Rouille, R. Forker, T. Fritz
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 32 ページ: 1981-1987
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.5b04069
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] High-resolution core-level photoemission measurements on the pentacene single crystal surface assisted by photoconduction (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakayama, Y. Uragami, M. Yamamoto, K. Yonezawa, K. Mase, S. Kera, H. Ishii, N. Ueno,
  • 雑誌名: Journal of Physics: Condensed Matter 巻: 28 ページ: 094001-1-8
  • DOI: 10.1088/0953-8984/28/9/094001
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Photoelectron spectroscopy on the charge reorganization energy and small polaron binding energy of molecular film (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Kera and N. Ueno
  • 雑誌名: Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena 巻: 204 ページ: 2-11
  • DOI: 10.1016/j.elspec.2015.07.007
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Thickness and Substrate Dependent Thin Films Growth of Picene and Impact to the Electronic Structure (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Hosokai, A. Hinderhofer, F. Bussolotti, K. Yonezawa, C. Lorch, T. Watanabe, A. Vorobiev, Y. Hasegawa, Y. Yamada, Y. Kubozoro, A. Gerlach, S. Kera, F. Schreiber, and N.Ueno
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry C 巻: 119 ページ: 29027-29037
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.5b10453
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Direct detection of density of gap states in C60 single crystal by photoemission spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: F. Bussolotti, J.P. Yang, M. Hiramoto, T. Kaji, S. Kera, N. Ueno
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 92 ページ: 115012-1-7
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.92.115102
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Project Report: Performance optimization of tandem organic optoelectronic devices by interface engineering based on the nature of organic semiconductors (2015)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Kera and Yanqing Li
  • 学会等名: 3rd international workshop on physics in organic optelectronics
  • 発表場所: 岡崎コンファレンスセンタ、愛知
  • 年月日: 2015-12-10 – 2015-12-11
  • 国際学会
• [学会発表] Electronic states of functional molecular materials probed by low-energy excitation (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Kera
  • 学会等名: The 62nd AVS (American Vacuum Society) International Symposium and Exhibitio
  • 発表場所: SanJose, USA
  • 年月日: 2015-10-20 – 2015-10-20
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Impacts of Local/Nonlocal Electron-Phonon Coupling on HOMO Band (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Kera
  • 学会等名: The 8th edition of the international workshop on Electronic Structure and Processes at Molecular-Based Interfaces
  • 発表場所: Tucson, USA
  • 年月日: 2015-10-14 – 2015-10-16
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Electron-phonon coupling in organic semiconductor materials (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Kera
  • 学会等名: Japan-Taiwan International Workshop on Spectroscopy and Surface Science
  • 発表場所: 千葉大学、千葉
  • 年月日: 2015-06-01 – 2015-06-02
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] https://groups.ims.ac.jp/organization/kera_g/