回転型ケルビンプローブ法を用いた有機薄膜の自発配向分極の解明と新規制御法の開発

我々は以前から永久双極子モーメントを持つ分子が配向分極することで膜厚方向に巨大電位が生じるGiant Surface Potential (GSP) を研究している。GSP の大きさは材料によって様々であるが、我々のグループはこれまでに「数nmずつ間欠的に蒸着を行うことで、同一材料でもGSP の大きさや極性が変化する」という、蒸着直後に表面緩和層ができることを示唆するような興味深い現象を報告している。本年度は、我々が以前から開発している「回転型Kelvin Probe」を用い、蒸着時の表面電位変化をリアルタイムに測定することで、時間経過による配向の変化を詳細に観測した。測定にはバルブの制御で開閉がコントロール可能な蒸着シャッターを用い、それを一定時間のインターバルでON/OFFすることによって緩和時間を導入した。その結果、蒸着直後に表面電位が数分のオーダーで減衰することを観測し、表面緩和層の形成がGSP の大きさや極性を変化させることを明らかにした。このような、蒸着シャッターを一定間隔で開閉する「間欠蒸着」を繰り返すことで、緩和層が形成され、アモルファス膜の分極状態を切り替えることができることが明らかになった。実際に、間欠蒸着と連続蒸着を繰り返すことで、膜内で配向が反転した素子の作製に成功した。また、同一材料であっても蒸着を定期的に遮るだけの簡単な方法で、配向分極を任意に制御することに成功した。この新しい蒸着法は、極性分子に限らず有機分子全般に適用可能であり、有機デバイスの性能向上や新規デバイスの作製につながると考えられる。

我々は以前から永久双極子モーメントを持つ分子が配向分極することで膜厚方向に巨大電位が生じるGiant Surface Potential (GSP) を研究している。GSP の大きさは材料によって様々であるが、我々のグループはこれまでに「数nmずつ間欠的に蒸着を行うことで、同一材料でもGSP の大きさや極性が変化する」という、蒸着直後に表面緩和層ができることを示唆するような興味深い現象を報告している。本年度は、我々が以前から開発している「回転型Kelvin Probe」を用い、蒸着時の表面電位変化をリアルタイムに測定することで、時間経過による配向の変化を詳細に観測した。測定にはバルブの制御で開閉がコントロール可能な蒸着シャッターを用い、それを一定時間のインターバルでON/OFFすることによって緩和時間を導入した。その結果、蒸着直後に表面電位が数分のオーダーで減衰することを観測し、表面緩和層の形成がGSP の大きさや極性を変化させることを明らかにした。このような、蒸着シャッターを一定間隔で開閉する「間欠蒸着」を繰り返すことで、緩和層が形成され、アモルファス膜の分極状態を切り替えることができることが明らかになった。実際に、間欠蒸着と連続蒸着を繰り返すことで、膜内で配向が反転した素子の作製に成功した。また、同一材料であっても蒸着を定期的に遮るだけの簡単な方法で、配向分極を任意に制御することに成功した。この新しい蒸着法は、極性分子に限らず有機分子全般に適用可能であり、有機デバイスの性能向上や新規デバイスの作製につながると考えられる。