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2018 年度 実績報告書

完全結晶に存在する空間自由度が創出する非調和性と熱電変換へ応用

公募研究

研究領域特異構造の結晶科学:完全性と不完全性の協奏で拓く新機能エレクトロニクス
研究課題/領域番号 17H05326
研究機関東北大学

研究代表者

谷垣 勝己  東北大学, 材料科学高等研究所, 教授 (60305612)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
キーワード単結晶 / 非調和フォノン / 有機半導体 / 両極性電極 / 熱電変換
研究実績の概要

物質には、完全性と不完全性の両面がある。単結晶では基板界面や物質表面の構造は単結晶とは異なる局所構造が存在する。多孔質などの大きな内部空間を有する一連の物質群では、単結晶においてもその内部空間に存在する空間自由度のために、原子の運動は大きな異常振動を示し、フォノンの非調和性が発現する。このような完全性と不完全性の2つの局面は様々な形でその物性に反映される。結晶における完全性と不完全性は、本来は相反する特性であるが、その2つの特性が協奏的に働く場合には、特殊あるいは新奇な物性機能を創出する上で、重要な新しい制御方法となる事が期待される。本新学術領域研究である、「特異構造の結晶科学:完全性と不完全性の協奏で拓く新機能エレクトロニクス」はこのような研究分野を、化合物半導体を中心として探求する新学術研究領域と言える。本公募研究では、単結晶が有する結晶の完全性と同時に存在する空間の自由度などの局所構造として存在する結晶の不完全性を詳細な構造解析により理解して、原子のダイナミクスの自由度から発現するフォノンの非調和性と電子物性との相関を研究した。また、有機半導体結晶における分子秩序の乱れによるエネルギー準位の広がりを利用して、有機半導体において優れた特性を有する両極性(電子と正孔)電極を創出すると共に、電界発光素子(EL)および電界効果型トランジスタ型有機半導体レーザ実現へ向けた研究を遂行した。
成果として、(1)空間自由度と非調和フォノンの研究に関して、クラスレート型結晶に関して提案していた統一概念を、パイロクロア型およびスクッテルダイト型の結晶を含めて適用できる可能性を探った。(2)無秩序構造を利用した両極性有機半導体電極に関して、新しい概念を提案して実現できる事を示した。これらの研究は、物質の完全性と不完全性の協奏により開拓される新機能と言う観点で、重要な研究結果である。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (31件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 2件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (27件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Three-dimensional porous graphene networks expand graphene-based electronic device applications2018

    • 著者名/発表者名
      Yoshikazu Ito, Yoichi Tanabe, Katsuaki Sugawara, Mikito Koshino , Takashi Takahashi, Katsumi Tanigaki, Hideo Aoki, Mingwei Chen
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 20 ページ: 6024-6033

    • DOI

      10.1039/c7cp07667c

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Carrier-doped aromatic hydrocarbons: a new platform in condensed matter chemistry and physics2018

    • 著者名/発表者名
      Heguri, Satoshi and Katsumi Tanigaki
    • 雑誌名

      Dalton Transaction

      巻: 47 ページ: 2881-2895

    • DOI

      10.1039/c7dt03745g

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Manifestation of vibronic dynamics in infrared spectra of Mott insulating fullerides2018

    • 著者名/発表者名
      Yuki Matsuda, Naoya Iwahara, Katsumi Tanigaki, Liviu F. Chibotaru
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 98 ページ: 165410_1-9

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.98.165410

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Giant magnetoresistance in BaMn2Pn2 (Pn = As, Sb, Bi)2019

    • 著者名/発表者名
      Khuong Huynh,Takuma Ogasawara, Stephane Yu Matsushita, Taimu Tahara, Takanori Kida, Masayuki Hagiwara, Denis Arcon, Katsumi Tanigaki
    • 学会等名
      APS March Meeting 2019, Boston Convention and Exhibition Center (Boston, USA)
  • [学会発表] Hall effects in giant magnetoresistance system BaMn2Bi22019

    • 著者名/発表者名
      Takuma Ogasawara, Khuong Huynh, Stephane Yu Matsushita, Taimu Tahara, Takanori Kida, Masayuki Hagiwara, Denis Arcon, Katsumi Tanigaki
    • 学会等名
      APS March Meeting 2019, Boston Convention and Exhibition Center (Boston, USA)
  • [学会発表] A new concept of electrodes for ambipolar carrier injection in organic semiconductors2019

    • 著者名/発表者名
      Katsumi Tanigaki, Thangavel Kanagasekaran, Syun Onuki, Taiki Miura, Hidekazu Shimotani
    • 学会等名
      APS March Meeting 2019, Boston Convention and Exhibition Center (Boston, USA)
  • [学会発表] Comparative studies on fluorescent emission of organic semiconductors between optical and electrical pumping2019

    • 著者名/発表者名
      Taiki Miura, Thangavel Kanagasekaran, Hidekazu Shimotani, Syun Onuki, Katsumi Tanigaki
    • 学会等名
      APS March Meeting 2019, Boston Convention and Exhibition Center (Boston, USA)
  • [学会発表] Seebeck effect in 3D topological insulator thin films2019

    • 著者名/発表者名
      Stephane Yu Matsushita, Khuong Huynh, Katsumi Tanigaki
    • 学会等名
      APS March Meeting 2019, Boston Convention and Exhibition Center (Boston, USA)
  • [学会発表] Manifestation of vibronic dynamics in infrared spectra of Mott insulating fullerides2019

    • 著者名/発表者名
      Naoya Iwahara, Yuki Matsuda, Katsumi Tanigaki
    • 学会等名
      APS March Meeting 2019, Boston Convention and Exhibition Center (Boston, USA)
  • [学会発表] 有機半導体レーザ発振における電流励起と光励起の相関2019

    • 著者名/発表者名
      谷垣 勝己、カナガセカラン サンガベル、下谷 秀和、小貫 駿、三浦 大輝
    • 学会等名
      応用物理学会春季学術講演会、東京工業大学(東京)
  • [学会発表] FET構造による電流注入型有機半導体DFBレーザー2019

    • 著者名/発表者名
      下谷 秀和、カナガセカラン サンガベル、小貫 駿、三浦 大輝、谷垣 勝己
    • 学会等名
      応用物理学会春季学術講演会、東京工業大学、(東京)
  • [学会発表] 電流注入型有機半導体DFBレーザー2019

    • 著者名/発表者名
      下谷秀和、カナガセカランサンガベル、小貫駿、三浦大輝、谷垣勝己
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会、九州大学(福岡市)
  • [学会発表] 窒素ドープした3次元ナノ多孔質グラフェンの輸送特性2019

    • 著者名/発表者名
      田邉洋一、伊藤良一、谷垣勝己
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会、九州大学(福岡市)
  • [学会発表] 3次元トポロジカル絶縁体Sn-BiSbTe2Sの電子輸送特性2019

    • 著者名/発表者名
      市村翔、松下ステファン悠、永田一秀、谷垣勝己
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会、九州大学(福岡市)
  • [学会発表] Preparation of 3D topological insulator thin films by vapor phase epitaxial growth and its application to thermoelectrics2019

    • 著者名/発表者名
      K. Tanigaki
    • 学会等名
      The Second International Workshop Emergent Condensed-Matter Physics (ECPM2019), Higashi Hiroshima Art and Culture Hall Sakura (東広島芸術文化ホールくらら(東広島市))
  • [学会発表] Single crystal thin films of three-dimensional topological insulators via non-catalytic vapor phase epitaxial crystal growth2019

    • 著者名/発表者名
      Katsumi Tanigaki (Key Note Speaker)
    • 学会等名
      Study of Matter at Extreme Conditions (SMEC2019), Conference Center, Celebrity Equinox (Miami, USA)
  • [学会発表] Electron-phonon and electron-electron interactions in electron doped aromatic carbon materials viewed from electrical transport2019

    • 著者名/発表者名
      Katsumi Tanigaki (Invited)
    • 学会等名
      Study of Matter at Extreme Conditions (SMEC2019), Conference Center, Celebrity Equinox (Miami, USA)
  • [学会発表] A new concept of electrodes for ambipolar carrier injection in organic semiconductors2018

    • 著者名/発表者名
      Katsumi Tanigaki, Thangavel Kanagasekaran, Hidekazu Shimotani
    • 学会等名
      E‐MRS 2018 Spring Meeting, Strasbourg Convention Centre (Strasbourg, France)
    • 国際学会
  • [学会発表] Interplay between electron-phonon and electron-electron interactions in electron doped aromatic carbon materials viewed from electrical transport probe2018

    • 著者名/発表者名
      K. Tanigaki, S. Heguri, Y. Matsuda
    • 学会等名
      12th International Conference on Materials and Mechanisms of Superconductivity and High Temperature Superconductors (M2S HTSC 2018), Beijing International Convention Center (Beijing, China)
    • 国際学会
  • [学会発表] 有機半導体の進展: 現状と将来 (まとめと今後の展望)2018

    • 著者名/発表者名
      谷垣勝己
    • 学会等名
      日本物理学会2018年秋季大会、同志社大学(京田辺市)
    • 招待講演
  • [学会発表] Bi2-xSbxTe3-ySey薄膜の熱電特性:電界効果を用いたフェルミ準位の制御とその影響2018

    • 著者名/発表者名
      松下ステファン悠、Khuong Kim Huynh、田邉洋一、谷垣勝己
    • 学会等名
      日本物理学会2018年秋季大会、同志社大学(京田辺市)
  • [学会発表] 3次元トポロジカル絶縁体Sn0.02Bi1.08Sb0.9Te2Sの電子輸送特性:電気抵抗、ホール抵抗、磁気抵抗及びゼーベック係数の複合測定2018

    • 著者名/発表者名
      市村翔、松下ステファン悠, 谷垣勝己
    • 学会等名
      日本物理学2018年秋季大会、同志社大学(京田辺市)
  • [学会発表] BaMn2Bi2におけるホール抵抗の面内磁場依存性2018

    • 著者名/発表者名
      小笠原拓磨、Khuong Kim Huynh、谷垣勝己、松下ステファン悠、田原大夢、木田孝則、萩原正幸
    • 学会等名
      日本物理学会2018年秋季大会、同志社大学(京田辺市)
  • [学会発表] Giant magnetoresistance in magnetic multipolar BaMn2Pn2 (Pn = As, Sb, Bi)2018

    • 著者名/発表者名
      K.-Khuong Huynh, T. Ogasawara, T. Tahara, T. Kida, M. Hagiwara, K. Tanigaki
    • 学会等名
      日本物理学会2018年秋季大会, 同志社大学(京田辺市)
  • [学会発表] 電気輸送および磁気特性からみたモット絶縁体領域のA3C60超電導体の電子状態2018

    • 著者名/発表者名
      谷垣勝己、平郡諭、松田祐貴
    • 学会等名
      日本物理学会2018年秋季大会、同志社大学(京田辺市)
  • [学会発表] 電流駆動有機半導体レーザの構造と物性2018

    • 著者名/発表者名
      谷垣勝己、下谷秀和、Thangavel Kanagasekara、小貫駿、三浦大輝、
    • 学会等名
      日本物理学会2018年秋季大会、同志社大学(京田辺市)
  • [学会発表] 電気輸送特性からみたA3C60のモット境界における電子状態2018

    • 著者名/発表者名
      谷垣 勝己、松田 祐貴、平郡 諭
    • 学会等名
      第55回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム、東北大学(仙台市)
  • [学会発表] 電場駆動有機半導体レーザの特性2018

    • 著者名/発表者名
      谷垣 勝己、カナガセカラン サンガベル、小貫 駿、三浦 大輝、下谷 秀和
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会、名古屋国際会議場(名古屋市)
  • [学会発表] 電流励起と光励起有機半導体レーザーの比較2018

    • 著者名/発表者名
      下谷 秀和、カナガセカラン サンガベル、小貫 駿、三浦 大輝、谷垣 勝己
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会、名古屋国際会議場(名古屋市)
  • [学会発表] Itinerant antiferromagnetic BaMn2Pn2 showing both negative and positive large magnetoresistance2018

    • 著者名/発表者名
      Katsumi Tanigaki, Khuong Kim Huynh, Takuma Ogasawara, Keita Kitahara, Stephane Yu Matsushita, Taimu Tahara, Takanori Kida, Masayuki Hagiwara, Denis Arcon
    • 学会等名
      J-physics International Workshop University of Otago (Danieden, New Zealand)
  • [備考] ナノ固体物理研究室、東北大学

    • URL

      http://sspns.phys.tohoku.ac.jp/

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公開日: 2019-12-27  

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