Electronic phase control of two-dimensional hole gas in organic semiconductors

有机半导体中二维空穴气体的电子相位控制

• 批准号: 22H00291
• 负责人: 竹谷 純一
• 金额: $ 27.62万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H00291/
• 关键词: 有機半導体; 量子エレクトロニクス; 二次元電子ガス; 有機単結晶半導体; 電子相制御; 電子相転移

有機半導体分子の自己組織化周期構造において、高速で大規模な情報演算に必要な量子エレクトロニクスのベースとなる、二次元電子ガスの金属絶縁体転移をはじめて実現した。本研究で用いた有機半導体の複雑構造は、①高分子基板としてPEN(ポリエチレンナフタレート)の上に単結晶の成膜性向上のためにパラキシリレン系ポリマーであるパリレンを堆積させたものの上に、②低分子半導体アルキルジナフトベンゾジチオフェン(Cn-DNBDT)のパイ共役分子ユニットに電子を閉じ込める「量子井戸分子」の１～２分子層の二次元有機半導体結晶を成長させ、更にその上に、③電気二重層を形成して②のキャリア量を制御するイオン性ゲル層からなる。これは、C8-DNBDTを用いた電気二重層トランジスタ（EDLT）である。C8-DNBDT の単結晶に面密度～ 4×1013 cm－2（～0.1 電荷/1 分子）以上のキャリアを誘起すると、構造を保持したまま2 次元電子（正孔）ガスが形成されること、更に10 K以下の低温に冷却すると、電気抵抗が減少する金属状態に転移することを発見した。この２次元系のシート伝導率を測定したところ、低温で対数温度依存性を示した。この対数温度依存性を発現する機構としては、弱局在効果と，電子相関の効果がある。測定した磁気抵抗は正の効果を示し、少なくとも～ 5 × 1013 cm－2 程度のキャリア密度・4 K 程度までの測定温度領域においては、弱局在効果は支配的ではないことがわかった。単一成分系からなる有機半導体薄膜の二次元電子（正孔）系において、電子相関が生じることを世界で初めて実験的に明らかにしたことになる。今後は、より高いキャリア密度、より低温、そして10T以上の強磁場領域での電子物性解明に取り組むとともに、この「ソフトでクリーンな二次元電子系」の超伝導と言う新電子相の実現を目指す。

Organic semiconductor molecular self-organization periodic structure, high-speed large-scale information calculation necessary quantum technology, two-dimensional electronic technology and metal dielectric transition In this study, we used organic semiconductor composite structure, polymer substrate and PEN.(2) Low molecular weight semiconductor film forming properties of the crystal film forming layer on top of the crystal film forming layer (Cn-DNBDT) is a kind of organic semiconductor crystal with 1~2 molecular layers, which is composed of (Cn-DNBDT),(Cn-DNBDT),(Cn-DNBDT) and (Cn-DNBDT). C8-DNBDT is used in electric double layer transport (EDLT). C8-DNBDT single crystal area density of ~ 4×1013 cm-2 (~0.1 charge/molecule) above the induction, structure, maintenance, secondary electron (positive hole) formation, more than 10 K low temperature cooling, electrical resistance, reduction of metal state shift. The conductivity of the two-dimensional system is measured at low temperatures and the temperature dependence of the number is shown. The mechanism of temperature dependence of electron correlation is discussed. Measurement of magnetic field resistance and positive effect, less than 5 × 1013 cm-2, less than 4 K, less than 5 × 1013 cm-2, less than 4 K, less than 5 × 1013 cm-2, less than 5 × 101013 cm-2, less than 5 × 10101 A single component system of organic semiconductor thin films with two dimensional electrons (positive holes) is formed by electron correlation. In the future, the electronic properties in the strong magnetic field region with high density, low temperature and above 10T will be analyzed in detail. The superconductivity of the two-dimensional electron system will be discussed in detail.