2019 Fiscal Year Annual Research Report
The impact of electron-phonon coupling on the electron localization of molecular assemble
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18H03904
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| Research Institution | Institute for Molecular Science |
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Principal Investigator |
解良 聡 分子科学研究所, 光分子科学研究領域, 教授 (10334202)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 表面界面物性 / 有機半導体 / 光電子分光 / 電子状態 / 電荷輸送 / 準位接合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高感度紫外光電子分光およびシンクロトロン放射光施設を利用した各種光電子分光実験等により半導体関連界面の電子状態研究を進め、８件の論文成果を発表した（他投稿中あり）。
有機半導体の二成分混合薄膜の構造と電子状態の相関を議論することに成功した。また複雑な有機無機ハイブリッド型のペロプスカイト単結晶について、電子の局在性を評価することに成功した。本年度成果の一例を以下に記す。
＜有機二成分混合薄膜の構造と電子状態の相関＞
有機ドナー・アクセプター界面のモデルとしてペンタセン分子とフッ化ペンタセン分子の混合膜を成膜し光電子分光による電子状態を測定した。分子四極子の整列により構築される静電ポテンシャルがイオン化エネルギーを大きく変調させ、界面における電子準位接合に影響を及ぼし、半導体特性を支配することが見出された。今後はヘテロ界面における隣接分子の局所的な相違によるフォノンの影響を分離して議論できると期待される[Chem. Mater. 2020]。
＜有機無機ハイブリッドペロプスカイトのエネルギーバンド分散関係＞
太陽電池として期待される混合型ペロプスカイトは有機分子が担う柔らかさがもたらす構造自由度と電子物性の関係性が注目されている。放射光を用いたエネルギー可変光電子分光により初めて電子のエネルギー分散関係の検出に成功した。電子局在性の詳細な知見は今後の展開として構造揺らぎの効果を議論するうえで有効である [Appl. Phys. Exp. 2020]。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
分子集合体の物性・機能の本質を理解するために(1)空間秩序と電子状態の相関評価：分子軌道断層撮影による弱相互作用と電子局在性測定、(2)電子状態の時間的・空間的揺らぎ：電子局在性の電子-フォノン相互作用による動的異方性、の実験的検証を進めている。電子局在性の計測は継続して成果を得ているが、電子ーフォノン相互作用の知見がなかなか深まらない。測定試料の作製・最適化技術の難易度が高く、また高精度検出が困難であるためである。また実験スタッフの入れ替えによる研究リスタートの影響も否めない。いくつかの傍証は得られているので、最終年度に向けて周辺実験を増やすことで条件を精査し高精度検出に挑戦する。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度は、昨年度見出した重要な２試料について、波数空間分布の温度依存性測定を行い、より詳細な電子構造測定へと展開する。構造評価は、準安定励起原子分光(MAES:分子配向)、光電子放射顕微鏡(r-PEEM:薄膜成長/共同研究@千葉大他)、走査プローブ顕微鏡(SPM:局所構造/共同研究＠千葉大他)、高分解能低速電子線回折(SPALEED:周期構造)、X線定在波分光(XSW:吸着距離/放射光施設利用)と理論計算を多角的に駆使し評価する。電子状態測定の予備実験はラボ装置の光電子分光装置を活用する。最終データは分子研のUVSOR放射光施設を利用した高精度光電子分光実験を行う。
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