2015 Fiscal Year Research-status Report
有機グラフォエピタキシーの分子レベル初期過程の解明
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15K04674
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
池田 進 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 准教授 (20401234)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 有機半導体 / グラフォエピタキシー / 分子動力学シミュレーション / セクシチオフェン / 面内配向 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
有機半導体薄膜のキャリア移動度向上のため、研究代表者は過去の研究において、グラフォエピタキシー現象を利用した面内配向制御の試みを主に実験的研究によって進めてきた。電子線リソグラフィーによって周期的な溝を形成した基板表面上において有機半導体が結晶方位を揃えて成長することがわかったほか、表面の化学的状態（表面修飾）の違いによって面内方位が異なるなど、有機分子特有の現象も見出された。本研究課題では、そのような有機グラフォエピタキシー現象の分子レベルでのメカニズムを解明するため、分子動力学（MD）シミュレーションを行っている。初年度である平成27年度は、溝のある基板（アモルファスシリカ）のモデルを作成し、その表面をヒドロキシ基やトリメチルシロキシ基で修飾、更に溝の中には、セクシチオフェン（6T; C24H16S6）分子を数十個配置した（修飾用の官能基や6T分子の構造・電荷分布は予め分子軌道法で計算）。6T分子は剛体と設定、また6T分子間、6T分子・基板間の相互作用はレナード・ジョーンズポテンシャルとクーロン相互作用の足し合わせとしてMDシミュレーションを行った。最初の課題として、X線単結晶構造解析によってわかっているヘリンボーン構造を基本とした6T結晶の結晶構造をMDシミュレーションで再現できることを確認した。次に、表面修飾が異なる基板上での6T分子の挙動をシミュレーションで比較し、その結果が実験結果と調和的であることがわかった。このように、MDシミュレーションが、有機グラフォエピタキシーの分子レベルのメカニズムを解析するための確固たる潜在能力をもっていることを示すことができたのは初年度の大きな成果であり、これを踏まえ、平成28年度以降、より詳細なシミュレーションを行う予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成27年度の達成目標は、(1)6Tのヘリンボーン構造を基本とする結晶構造の再現、(2)棒状分子が不活性基板上では立って結晶化することの理解、の２つであった。(1)は十分に達成されたと評価できるのに対し、(2)は必ずしも分子レベルでの理解には至っておらず、現在までの進捗状況としては、「おおむね順調に進展している」が適当である。
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| Strategy for Future Research Activity |
6Tのヘリンボーン構造を基本とする結晶構造が再現できるようになり、また、溝の壁面近傍における分子の挙動は概ね明らかになってきたので、今後は、溝底面への分子の吸着、壁面近傍への拡散（分子が寝る・立つも含め）、核形成、方位決定、結晶成長の動的な一連の過程をシミュレーションできるようにする。
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