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

基本信息

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

项目摘要

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。

基础研究是针对有机半导体薄膜的光学自旋控制。我们使用独特的高级设备进行了研究，该设备同时测量了吸光度（与电荷浓度成比例的）和电流（与电荷浓度和易流的电流（电子和孔）的电流（电子和孔），该电荷（电子和孔）是由染料添加的导电聚合物薄膜的脉冲光照射产生的。当电荷自旋的量子机械运动通过磁场控制并观察到效果时，发现仅在电荷浓度上进行旋转的控制才有可能，并且对迁移率几乎没有影响（流动性）。磁场对浓度的影响可以在常规理论中解释，因为磁场对电荷对重组（电子和孔的键合以及消失）。已经提出了几种机制，并讨论了有机半导体电流的磁场效应机制，但已经发现该方法可以提供决定性的结论。此外，当我们研究电荷运动的温度变化时，电流在低温下显着降低，而没有观察到重组速率的温度依赖性显着。有趣的是，尽管当前和重组都是由电荷的运动引起的，但仍观察到显着差异。这意味着在重组和电流中看到的“运动”的距离和时间尺度不同。换句话说，虽然可以在聚合物链中高速移动重组（几个NS（几个NS至几微秒），但看到电流在电场中的5微米长度上缓慢移动，这意味着它沿着途中存在的“陷阱”，并且需要在电场中逐渐落入，并且需要在电场中逐步移动。众所周知，陷阱密度可以通过膜沉积条件来控制，将来将对陷阱的细节进行进一步的研究。

项目成果

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Temperature-induced structural transition in an organic‐inorganic hybrid layered perovskite (MA)2PbI2‐xBrx(SCN)2

有机-无机杂化层状钙钛矿 (MA)2PbI2-xBrx 中温度诱导的结构转变(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