σ-π共役電子系を有する分子超薄膜の構造制御と光・電子物性の解明に関する研究

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σ電子共役系(ポリシラン・オリゴシラン)およびσ-π電子共役系(シロール系)分子の秩序構造膜を作製し、その光学的・電気的特性と構造との関係を明らかにして、次世代機能材料の作製指針を与えることを目的とした。オリゴシランは、電気通信大学の中平研究室に合成いただいた。また、シロールは、京大化学研究所の玉尾研究室より提供いただいた。鎖長の異なるオリゴシラン分子(permethyl-dodecasilane,DM12,および-octadecasilane,DM!8)の単一組成膜およびヘテロ構造膜を超高真空中で作製し、光学特性および表面モルフォロジーを調べた。光学特性および原子間力顕微鏡観察より、DM12およびDM18とも石英基板上で分子鎖を基板に垂直にして配向し、稠密にパッキングして層状成長することがわかった。DM12よびDM18薄膜の光学吸収は、287nmおよび297nmに極大を持ち、また発光ピークは、332nmおよび342nmに現れた。理論計算との比較により、これらの遷移はσ-σ^*(HOMO-LUMO)間の一電子遷移によるもの判断された。DM18とDM12ヘテロ積層膜においても、分子は垂直配向した。吸収スペクトルは、DM12およびDM18薄膜の吸収スペクトルの重ね合わせとなったが、発光スペクトルには、DM18由来のピークのみが観察され、DM12由来のピークが確認されなかった。DM12の励起状態からDM18の励起状態へ、効率よくエネルギー移動が起こっていることがわかった。また、シロール分子は、アルカリハライド上で秩序構造膜を形成し、光耐性が増すことが確認された。光照射による劣化は、分子軌道計算と光学特性の比較から、分子内結合の開裂に起因することが示唆され、今後の分子設計の指針を与えた。