2017 Fiscal Year Annual Research Report
ESR誘起電流による有機素子の新規スピンプローブ技術の開拓
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17H03135
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
鐘本 勝一 大阪市立大学, 大学院理学研究科, 准教授 (40336756)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 電子スピン共鳴 / 有機LED |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、電子スピン共鳴(ESR)時に誘起される電流（ESR誘起電流）が、単一スピンの運動観測や量子情報のプローブ技術に応用され、その潜在性に世界的な注目が集まっている。申請者は以前、独自の有機素子改変技術により、ESR電流の増強に着手し、成功した。本申請ではその成果をベースに、ESR電流に関わる新規な研究展開を行った。まず、ESR電流の発生源は電子正孔対であると考えられてきたが、それを示す積極的な証拠はこれまでなかった。今回の研究では、電子のみまたは正孔のみがキャリヤとして流れる素子との比較から、ESR電流の起源が電子正孔対であることを完全に示した。さらに、有機LEDに対して、ESR電流の計測と並行にLED光のESR応答の計測も行った。ESR電流とLED光のESR応答の計測を同時に行い、さらに動作バイアスの変化に伴われる強度変化を追跡した。その結果、発生電子正孔対は、LEDの中間体として発生しながらも、電圧印加とともに電場による解離を起こし、高電圧下ではその存在量が激減することを明らかにした。これは、LED中間状態の挙動を明らかにしたはじめての例である。さらに、その電子正孔対のバイアス依存性は、同LEDの磁気抵抗のバイアス依存性と一致することがわかった。これは、電子正孔対が磁場効果を決定していることをはっきり示した結果である。以上のように、本年度では、電子正孔対の基礎的研究について顕著な成果を上げた。さらに、パルスESRを利用した新規測定系の構築にも着手し、実際に測定まで至った。
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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
当初の計画では、酸素濃度等の作成環境を調整した素子作成系を作り、測定も含めて一切大気暴露しない系を構築することを目標にしていたが、実際に達成することができた。今回はその系の構築後に測定を行い、重要な成果を導くにまで至った。また、測定系の改良も行った。技術支援者の協力の下、新しい測定システムを完成させることができた。さらに、パルスESRとの融合による測定系も構築できた。以上の進度は、元々の想定を超えるものである。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、本年度立ち上げた素子作成系や測定系を生かし、発展させた実験研究を展開する。まず、本年度からの延長部分として、ESRで誘起される電流を最大にする実験条件を確立させるために、最適な試料系の確立を目指す。これまでは、敢えて空気処理試料を材料に用いてきたが、本年度の素子作成系の構築により、ESR信号自体は必ずしも大きくないながらも、非常に再現性が高く、素子劣化が少ない系の構築に成功している。その作成系を用いて、ポリマー半導体から分子性半導体まで、さまざまな系に対して試行する。特に、近年研究が盛んな有機EL材料への適用も試みる。有機EL材料では、りん光系や近年注目度が高い熱活性型遅延蛍光系への適用を試みる。
ESR電流の計測では電流検出ならびに発光検出ESR技術を用いる。磁場とマイクロ波からなるESR設備において、マイクロ波をスイッチで変調し、電圧印加または光照射で発生させた電流や発光のうち、スイッチに同期する成分をロックインまたはオシロスコープで検出する。今回は、その応答の時間変化の計測を試みる。その実現に向けて、パルスESRを用いた測定系を構築する。アンプで増幅されたパルスESRを照射することでESR応答を大きくして時間変化計測に挑む。また次年度は、スピン流計測との融合にも力を入れる。スピン流によるスピン注入を行い、その応答を電流変化として観測する系を確立する。以上の測定系の構築は、Jeol Resonance株式会社の鈴木氏と共同で行う。他では実現されていない、世界最先端のESR測定系を実現させる。
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