有機強誘電体の開発と強誘電体ゲート電界効果トランジスタへの応用

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前年度までの研究によりグラフェンのような芳香族分子と単純な直鎖アルカンとの相互作用による自己配向を見いだしている。本年度はこの知見をもとに自己配向性分子を合成した結果、強誘電特性は観測されなかったが、弱い相互作用による自己配向によって非放射失活が抑制され、発光特性が変化し常温リン光が発現することを見いだした。励起三重項から基底一重項への遷移であるリン光過程は、スピン禁制であるため通常は常温で観測されない。これに対し、重原子効果によりスピン禁制を緩和する方法、媒体効果によって熱失活を抑制する方法により常温リン光が報告されている。特に後者においては、強固な媒体ネットワークを持つステロイド分子をホスト材料とすることで1秒を超える長寿命リン光が報告されている。一方で、長寿命リン光を含む発光過程は分子形態に大きく依存し、高濃度条件では濃度消光により失活するため、溶媒やホスト材料への分散が必要であり、単一分子による長寿命リン光は報告されていない。本研究では、リン光発光性カルバゾールを、配向性を示すステロイド分子に修飾した分子を合成し、分子間相互作用、分子配向が固体発光特性に与える影響について検討した。得られた分子は発光極大388㎚の青色蛍光を示すが、励起光照射停止後すぐに減衰し、548㎚に発光極大を持つ長寿命発光が観測された。その発光寿命は約1秒と長く、この長寿命発光はトルエン溶液中やPMMA膜では観測されなかったことから、凝集誘起リン光であることが明らかとなった。またステロイド部位を持たないビフェニルカルバゾールは長寿命リン光を示さないこと、単結晶X線構造解析の結果から、ステロイド部位のパッキングが密であることから弱い相互作用がリン光発現の要因であることを見いだした。