超ナローギャップ有機半導体が持つ新い電子機能

超窄带隙有机半导体的新电子功能

• 批准号: 14740223
• 负责人: 田嶋 尚也
• 金额: $ 2.05万
• 依托单位: The Institute of Physical and Chemical Research
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14740223/
• 关键词: 有機導体; ナローギャップ半導体; 電荷秩序; 光伝導度; 易動度; 有機伝導体; 高圧力; 磁気抵抗; ホール効果; 超伝導

我々は一群の有機伝導体に見られる温度に依存しない電気伝導性について研究を進めていき、高圧下のα-(BEDT-TTF)_2I_3とその類縁物質は有機・無機物質含めて全く新しい電気伝導特性をもつ有機ナローギャップ半導体であることを見出した。有機ナローギャップ半導体の特徴は、室温から1.5Kまで約6桁も強く温度変化するキャリア濃度と易導度とが相殺して温度に依存しない電気伝導度をもつことである。低温では10^<15>cm^<-3>程度の低キャリア濃度、10^6cm^2/V.s程度の高易導度の状態にある。しかし何故、6桁にもおよぶ担体濃度と易導度の温度変化が低温まで相殺してフラットな電気伝導性を示すのか未だ明らかでない。一方で、常圧下α-(BEDT-TTF)_2I_3とその類縁物質の低温相は電荷秩序絶縁体状態である。そこで有機ナローギャップ半導体と電荷秩序状態との問に何か相関があるのかを探索することが彩電気伝導現象解明の鍵となると考えられた。低温絶縁体状態に電子または正孔の担体を導入することができれば、そのときの電気伝導性の変化を調べることで有機ナローギャップ半導体と電荷秩序状態との相関を探索することができる。本研究では電荷秩序絶縁体状態にパルスレーザー励起による光担体を導入することを試みた。低温(4K以下)・パルス高電場下で試料α-(BEDT-TTF)_2I_3に波長450nmのナノ秒パルスレーザを照射して生じる光電流の時間発展性を測定した結果、驚いたことに電荷秩序絶縁体は融解して大電流が流れるようになり金属転移を見出すことができた。本研究の成果で最も重要な点は、光を切った後に巨大電流応答をもつ新たな金属状態が出現し、長時間保持する現象を有機導体では世界で初めて観測したことである。これは光による絶縁体-金属間のスイッチングが起きていることを示し、有機デバイスの発展に大きな影響を与えるものと期待される。

我们一直在研究在一组有机导体中发现的与温度无关的电导率，并发现α-（BEDTTTF）_2I_3及其在高压下的相关材料是有机狭窄的间隙半导体，具有全新的电导率，包括有机和无机材料。有机狭窄间隙半导体的一个特征是，从室温从室温到1.5K的载体浓度将温度强烈改变约六个数量级，并且电导率取消了温度，并且具有与温度无关的电导率。在低温下，载体浓度在约10^<15> cm^<-3>下较低，高电导率约为10^6cm^2/v.s。但是，尚不清楚为什么载体浓度和电导率的温度变化约为六个数量级，将其抵消到低温，表现出平坦的电导率。另一方面，在正常压力下的α-（bedt-ttf）_2i_3及其相关材料的低温阶段处于电荷订购的绝缘体状态。因此，人们认为，探索有机狭窄的间隙半导体问题与电荷订购状态之间是否存在任何相关性，这将是阐明色彩传导现象的关键。如果可以将电子或孔载体引入低温绝缘态，则可以通过检查当时的电导率变化来搜索有机窄间隙半导体与电荷订购状态之间的相关性。在这项研究中，我们试图将脉冲激光激发的轻型载体引入电荷订购的绝缘体状态。通过在低温下（低于4K）和高脉冲电场，通过照射样品α-（BEDT-TTF）_2I_3产生的光电流的时间演变。令人惊讶的是，电荷订购的绝缘子熔化，导致大电流流动，并发现了金属过渡。这项研究结果的最重要的一点是，在切断光线后，出现了一个具有巨大电流响应的新金属状态，这是世界上第一次与有机导体长期以来持有长​​时间。这表明由于光线而发生绝缘体和金属之间的切换，预计将对有机设备的开发产生重大影响。

项目成果

K.Kajita, N.Tajima, et al.: "Organic Semiconductor with Extremle Narrow Energy Gap"Synthetic Metals. (in press).

K.Kajita、N.Tajima 等人：“具有极窄能隙的有机半导体”合成金属。

K.Kajita, N.Tajima, et al.: "Organic Semiconductor with Extremle Narrow Energy Gap"Synthetic Metals. 133. 95 (2003)

K.Kajita、N.Tajima 等人：“具有极窄能隙的有机半导体”合成金属。

T.Imakubo, N.Tajima, et al.: "Supuramolecular Organic Conductor θ-(DIETS)_2[Au(CN)_4] --- Unique Cristal Structure and Superconductivity under Uniaxial Strain"Synthetic Metals. 133. 181 (2003)

T. Imakubo、N. Tajima 等：“超分子有机导体 θ-(DIETS)_2[Au(CN)_4] --- 单轴应变下的独特晶体结构和超导性”合成金属 133. 181 (2003)。