高度界面制御有機・無機複合構造による量子物性の発現と応用

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14GS0207
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 斉木 幸一朗 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (70143394)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 上野 啓司 埼玉大学, 理学部, 助教授 (40223482) ; 島田 敏宏 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助教授 (10262148) ; 青木 秀夫 東京大学, 大学院・理学系研究科, 教授 (50114351) ; 有田 亮太郎 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助手 (80332592) ; 木口 学 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助手 (70313020)
• Keywords: ヘテロ界面 / 有機薄膜 / FET / MIGS / NEXAFS / オリゴチオフェン / ペンタセン / フラレン

Research Abstract

高度に制御された有機無機ヘテロ界面を実現し,電界による電荷注入,界面相互作用における多体効果による新奇量子現象を発現させるため,実験グループは有機薄膜成長制御と有機無機ヘテロ界面における電荷注入過程に,理論グループは金属/絶縁体界面電子状態と有機薄膜における強磁性に重点を置いた研究をおこなった.
高度な薄膜成長制御;フラレンとフェロセンのハイブリッド分子のエピタキシャル成長過程を追究し,膜厚による構造転移を見いだした.オリゴチオフェン分子のAg,Cu(110)基板上への成長過程を迫究し,特異な擬一次元構造を見いだした.またステップバンチさせたSi基板を酸化することにより,ステップが整列したSiO_2絶縁膜の作製条件を探索し,成長制御したペンタセン薄膜のFET特性を探索した.
電界による電荷注入分布の解明;絶縁膜を介してゲート電極から注入された電荷分布は,無機半導体においても理論的推測の域をでていなかったが,われわれは薄膜成長時に電界効果電気伝導特性を測定する装置を開発し,これを有機半導体に適用することにより電界効果トランジスタ(FET)おいて重要な蓄積層,空乏層に関する情報を得た.また,ケルビンファース顕微鏡(KFM)を用いて,FET断面の電位分布の観察をおこない,ゲート電圧による電荷注入の実空間観察に手かかりを得ている.
新奇構造を持つ有機薄膜FET特性;電極作製,有機薄膜成長,電気特性測定,が全で超高真空中で行えるシステムを作製し,雰囲気敏感な有機FET特性を解明した.ベンゼン吸着によるFET特性の変化は,フラレンにおいては電子供与効果に加えてドメイン境界の不連続性を解消する効果の存在を見いだした.
ヘテロ界面特性;昨年度イオン結晶/金属界面において見い出した特有な電子状態(MIGS)を,飽和炭化水素/金属界面においても実験的に見いだし,理論的には詳細な第一原理計算を開始した.分光学的手法において観測した界面MIGS状態を,走査トンネル顕微鏡による詳細な観察から初めて実空間像として捉えることに成功した.一方,実験グループが成長に成功した極性面(MgO/Ag(111))について第一原理計算をおこなった結果,極性界面の局所状態密度は基板の格子定数と密接に関連し、格子定数の調整によって界面での金属絶縁体転移や磁性が考えられることを提案した
有機強磁性理論;昨年度第一原理計算により探索した新奇な有機物強磁性発現の可能性を持つ5員環高分子(ポリアミノ・トリアゾール)について,3次元結晶化させてアニオンにより化学ドーピングする可能性についても考察電荷移動や化学ドーピングによる電子密度の制御による遍歴強磁性の発現を実証した.

Research Products

• [Publications] M.Kiguchi, R.Arita, G.Yoshikawa, Y.Tanida, M.Katayama, K.Saiki, A.Koma, H.Aoki: "Metal-induced gap states at well defined alkali-halide/metal interfaces"Physical Review Letters. 90. 196803 (2003)
• [Publications] M.Kiguchi, S.Entani, K.Saiki, T.Goto, A.Koma: "Atomic and electronic structure of an unreconstructed polar MgO(111) thin film on Ag(111)"Physical Review B. 68. 115402 (2003)
• [Publications] R.Arita, Y.Suwa, K.Kuroki, H.Aoki: "Flat-band ferromagnetism in undoped and doped polyaminotriazole crystal"Physical Review B. 68. 140403(R) (2003)
• [Publications] R.Arita, Y.Suwa, K.Kuroki, H.Aoki: "Flat-band ferromagnetism in organic polymers designed by a computer simulation"Physical Review B. 68. 174419 (2003)
• [Publications] M.Kiguchi, G.Yoshikawa, K.Saiki: "Temperature and Thickness Dependence of Molecular Orientation of a-sexithienyl on Cu(111)"Journal of Applied Physics. 94. 4866-4870 (2003)
• [Publications] M.Kiguchi, M.Nakayama, K.Fujiwara, K.Ueno, T.Shimada, K.Saiki: "Accumulation and depletion layer thicknesses in organic field effect transistors"Japanese Journal off Applied Pbysics (Express Letters). 42. L1408-L1410 (2003)