鎖長を制御した一次元的有機結晶光機能性材料作成の試み

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近年、有機分子は個々の分子の構造や化学的特性の多様性からさまざまな機能性を持った材料として注目を浴び合成や物性の研究が行われている。これら有機分子の、とくにその異方性に注目して、機分子素子への応用を考える場合には分子一つ一つの特性に加えてそれらが集合体を形成することによっても新たな特性の発現と機能が付加される事にも留意しなければならない。したがって目的とする素子を得るためにはその集合過程を詳細に研究し集合体の構造をも制御することが必要である。日夜新たに合成されている無数の有機分子の中にはd電子系やπ電子系の相互作用により分子の分子面を平行にして積み重なり、結果として一次元的な分子カラムを形成する一群の分子が多数存在する。これらの分子の電子系はそのカラム長あるいは分子鎖長によってその物性、例えば非線形光学的な特性を変化させる。しかし、一般には高分子化学の分野において最近議論されているように鎖長を一定にした高分子の合成は非常に困難である。そこで本研究では、特に一次元的な相互作用により集合体を形成する有機分子に的を絞りその構造制御を目的として研究を行った。すなわち我々のこれまでの経験に基づき、真空蒸着法によるエピタキシャル成長法を種々の条件下で適用することにより一次元鎖配向方向と鎖長の制御を試みた。その結果、グリオキシム系やキノン誘導体について蒸着基板の種類や蒸着温度、蒸着速度等を制御することで、一定の鎖長をもつ薄膜結晶を作成することができた。同時に、基板面に平行にあるいは垂直方に一次元鎖を成長させることにも成功し、それぞれの場合において光学的な特性が大きく異なっていることが見いだされた。これらの研究においては単結晶基板上でのエピタキシャル成長がその構造制御のキーポイントであり、その成長の機構についても考察を行った。また、一連の研究において、選択的な重畳結晶成長という新しい有機多層膜の成長様式も見いだされ、鎖長と分子配向方向を制御した異種有機分子の多層膜構造を有した固体素子作成への発展が期待される。今後、本方法によって分子姿勢が制御されることにより品質の安定した機能性分子素子の応用へ向かうことも可能となった。本研究で得られた成果は国内外の学会において発表され、また論文として公表されている。