等方的な有効質量をもつ有機半導体二次元伝導層の探索と伝導性評価

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本研究提案では，バンド伝導性を示すπ電子系骨格を対象としてシミュレーションにより，等方的な有効質量をもつ（あるいは，有効質量の異方性が改善された）集合体構造を明らかにし，目的の集合体構造を目指して置換基を検討する研究戦略を取る．研究の初年度である2022年度は，集合体構造シミュレーションを主として検討した．まず，計算プロセスの一部を自動化するプログラムコードの作成および動作確認，計算プロセスの最適化を実施した．さらに，予定にはなかったが，トランスファー積分や有効質量を算出する過程でバンド分散を考慮する必要がでてきたため，タイトバインディングモデルでエネルギーバンドを計算し有効質量を算出するプログラムも作成した．作成したプログラムを用いて，いくつかのπ電子骨格に対して，分子構造を最適化した後にヘリンボーン構造を想定して集合体構造のシミュレーションを実施した．集合体構造のパラメータとして，カラム方向からの分子の傾きとカラムおよびカラム垂直方向の分子間距離の3つを検討し，傾きごとにエネルギー的に安定な各分子間距離を得た．その結果，いずれの分子においても，カラム方向の2分子の計算で最低のエネルギーが得られる傾きと，カラム方向の2分子とカラム垂直方向の1分子の3分子で最低のエネルギーが得られる傾きが異なることがわかった．また，実際の誘導体の中で得られている集合体構造がシミュレートした集合体構造の中に見られた．特定の分子群ではヘリンボーン構造よりもブリックワーク構造の方が安定であることが予想されるなど，本手法が当初想定していたよりも有用な手法であることが示唆された．現在，シミュレーションで得られた集合体構造から算出したトランスファー積分および有効質量の比較・考察を進めている．