有機分子半導体の量子ナノ微結晶と量子ヘテロ構造の光物性と新機能性

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本研究では,有機分子半導体のナノメートルサイズの微結晶および薄膜を作製し、微結晶・薄膜の構造・形態と光学特性の相関を明らかにし、分子の組織化・集合化に伴う新しい光機能性を議論する。特にこれらのナノ構造における励起子のサイズ効果と次元性の研究から、分子→クラスター→微結晶→バルク結晶への電子構造の変化を連続的にかつ実験的に解明し、分子の高次組織化形態である有機分子半導体ナノ量子構造の新しい光機能性を探求した。石英基板上にオリゴチオフェン膜を成長させた場合、H会合体が形成される。100nm程度の厚さまでは、膜厚増加とともに吸収の偏光異方性や偏光発光度も単調に大きくなる。それ以上の厚みでは、光学特性はほとんど変化しない。非常に薄い膜(20nm以下で)では、偏光依存性は見られず、ピコ秒発光減衰曲線も拡張指数関数である。x線回折および電子顕微鏡による構造特性と光学特性の間には、良い相関関係があることがわかった。分子構造を制御することにより、結晶薄膜の構造および光学特性を制御する試みを行った。チオフェン骨格の新しい構造を持つオリゴマーを合成し、薄膜物性を研究した。直線状の分子は、結晶性の良い薄膜が得られたが、折れ曲がった構造の分子は、うまく配向せずに光学異方性を示さなかった。また配向したポリシラン膜を作製するために、溝構造を持つ基板上に真空蒸着を行った。きれいに配向した薄膜が得られることがわかった。