2020 Fiscal Year Annual Research Report
Organic Semiconductor spinorbitronics
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20H00387
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
渡邉 峻一郎 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (40716718)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
下位 幸弘 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 上級主任研究員 (70357226)
岡本 敏宏 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (80469931)
中野谷 一 九州大学, 工学研究院, 准教授 (90633412)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 有機半導体 / スピン軌道相互作用 / スピントロニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、有機半導体におけるスピン軌道相互作用（SOC）の「制御」・「理解」・「機能」をシンクロさせ、スピンオービトロニクスを基盤とした革新的電子デバイスの創成を目指す。スピンオービトロニクス機能性として、適切にSOC制御されたヘテロアセン分子群を用いて、高効率のスピン－電荷変換及び、超ロバストスピン輸送の実現を目指し、超高効率の熱活性化遅延蛍光(TADF)型有機EL素子の試作を実施する。合成化学・凝縮系固体物理学・デバイス工学を包括的に組み合わせることでのみ実現する有機スピンオービトロニクスの学理を整備し、有機半導体ならではのフレキシビリティや低温・塗布プロセスの強みを活かした革新的な基盤技術・マテリアルサイエンスへと展開する。
研究初年度では、有機半導体材料におけるSOCの制御のための絶好材料群である、含カルコゲンヘテロアセン材料の設計・合成を岡本および、TADF材料の精査を中野谷と共に行った。また、独自に開発したSOC定量化技術を用いて、そのスケーリング則を電子スピン共鳴の共鳴磁場をプローブとして評価を行った。溶液中の電子スピン共鳴観測では孤立分子のSOCを精密に評価することが可能である。SOCの理論的なアプローチは密度汎関数計算をベースに下位幸弘と共に行った。並行して、代表者である渡邉は、スピン機能性の計測を行うためのデバイス作製手法の開発や、測定系の構築を行い、有機半導体のSOCを統一的に理解するためのツールを整備した。
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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
研究初年度では、研究分担者の岡本・中野谷が有する有機半導体材料の中から特徴的なSOC機能性を有する材料軍を精査し、下位を中心にSOCの強さについて理論的なアプローチの初期検討を実施することができた。初期検討では、東京大学にすでに導入されている電子スピン共鳴測定を固体薄膜および溶液試料について実施し、理論と実験の対応性を検証し、岡本・中野谷へとフィードバックする体制を整えることができたといえる。
代表者である渡邉は、スピン機能性の計測を行うためのデバイス作製手法の開発や、低温物性実験のためのくらいオスタットの導入などを進め、本研究計画を遂行するために必要な測定系の構築を行うことができた。初年度の最大の目標は、研究チームのグループリーダーが有機的に議論を行うラウンドテーブルを構築することにあり、テレビ会議を中心とした議論の場を多く設けることができた。また、英国インペリアルカレッジロンドンとの共同研究体制も確立することができた。以上より、研究計画は順調に進展していると言える。
一方で、次年度に計画していた博士研究員の募集を前倒しで実施したが、該当者なしとなった。次年度以降も継続して募集を行う予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究二年次には、スピン軌道相互作用が制御された材料開発を進めると同時に、スピン軌道相互作用の低温物性測定および理論計算をを継続して実施する。低温物性測定では、実施者が保有する無冷媒型クライオスタットを用いた磁気輸送計測に加えて、電子スピン共鳴などの分光計測を合わせて実施する。昨年度は溶液中の孤立分子の電子スピン共鳴を中心に行ったが、本年度は実デバイスでより重要となる固体中のSOCの評価を実施する予定である。また、スピン軌道相互作用に由来する特徴的な磁場応答特性や低温輸送特性も引き続き評価する予定である。
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