有機半導体薄膜におけるキャリア動力学の実時間観測と光スピントロニック制御

有机半导体薄膜载流子动力学的实时观测与光学自旋电子控制

• 批准号: 22K05048
• 负责人: 三浦 智明
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Niigata University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K05048/
• 关键词: 有機半導体薄膜; 過渡吸収; 過渡光電流; ドリフト移動度; スピンダイナミクス; 電子正孔対; 磁場効果; 有機半導体; スピントロニクス; 光電流; 時間分解分光

有機半導体薄膜の光スピントロニック制御へ向けた基礎研究を行った。色素を添加した導電性高分子薄膜のパルス光照射によって生じる電荷(電子と正孔)に関して、吸光度(電荷濃度に比例)と電流(電荷の濃度と流れやすさに比例)の時間変化を同時計測する独自の先端装置を用いた研究を進めた。電荷スピンの量子力学的運動を磁場によって制御し、その効果を観測したところ、電荷の濃度にのみスピントロニック制御が可能であり、移動度(流れやすさ)にはほとんど効果が見られないことが分かった。濃度に対する磁場効果は、電荷対の再結合(電子と正孔がくっついて消滅すること)に対する磁場効果として従来理論で説明できた。有機半導体の電流に対する磁場効果機構に関して、複数の機構が提案され議論されてきたが、本手法により決定的な結論が得られることが明らかとなった。また、電荷の運動の温度変化を詳しく調べたところ、電流は低温で顕著に減少したのに対し、再結合の速度には顕著な温度依存性が観測されなかった。電流も再結合も電荷が動くことによって生じているのにも関わらず、顕著な違いが観測されたことは興味深い。これは再結合と電流で見ている「運動」の距離や時間のスケールが異なることを意味している。つまり、再結合が起こるような短距離(数nm程度)では高分子鎖内を高速に(数ns~数マイクロ秒)運動できるが、電流は5 マイクロメートルの長距離を電場でゆっくりと運動する様子を見ているため、途中に存在する「トラップ」に陥り、抜け出すときに熱活性化が必要であることを意味している。トラップの密度は成膜条件によって制御できることも分かり、今後トラップの詳細についてさらなる研究を進める予定である。

Basic Research on Optical Properties of Organic Semiconductor Thin Films Pigment addition to conductive polymer films under light irradiation to generate charge (electron positive hole), absorbance (charge concentration ratio), current (charge concentration ratio) time change, simultaneous measurement, independent device for use in research The quantum mechanical motion of electric charge is controlled by magnetic field, and the effect of electric charge is measured. The concentration of electric charge is controlled by magnetic field, and the mobility is measured by magnetic field. The effect of concentration on magnetic field is explained by the theory of electron and hole recombination. The magnetic field effect mechanism of the organic semiconductor current is related to a plurality of mechanisms. The temperature dependence of the charge motion and the temperature dependence of the recombination velocity are measured. The electric current is combined with the electric charge, and the electric charge is generated by the electric current. The distance between the movement and the time is different. A short distance (several nm) from the onset of recombination, a high speed (several ns~ several seconds) movement within the polymer lock, a current flow, a long distance from the onset of recombination, an electric field, a movement element, and a necessary thermal activation. The density of the film will be controlled according to the film forming conditions, and the detailed research on the film will be further determined in the future.

项目成果

Temperature-induced structural transition in an organic‐inorganic hybrid layered perovskite (MA)₂PbI_2‐<i>x</i>Br_<i>x</i>(SCN)₂

有机-无机杂化层状钙钛矿 (MA)₂PbI_2-<i>x</i>Br_{<i>x 中温度诱导的结构转变</i>}(SCN)₂

• DOI: 10.1039/d2ce00733a
• 发表时间: 2022
• 期刊: CrystEngComm
• 影响因子: 3.1
• 作者: Ohmi Takuya;Miura Tomoaki;Shigematsu Kei;Koegel Alexandra A.;Newell Brian S.;Neilson James R.;Ikoma Tadaaki;Azuma Masaki;Yamamoto Takafumi
• 通讯作者: Yamamoto Takafumi

SOED法を用いた有機半導体薄膜の磁場効果研究

采用SOED方法研究有机半导体薄膜的磁场效应

• 发表时间: 2022
• 作者: 三浦智明;小林奏;生駒忠昭
• 通讯作者: 生駒忠昭