有機分子集合体薄膜中の電子状態特性と分子間静電分極の研究

有机分子聚集体薄膜电子态特征及分子间静电极化研究

基本信息

批准号：
04F04769
负责人：
佐藤直樹
金额：
$ 1.54万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

有機分子集合体の薄膜中や界面での電子状態の特性を、分子間にはたらく静電分極の寄与を念頭に置いて、集合体の電子物性を支配するエネルギーギャップ直下・直上の価電子・空状態すなわちフロンティア電子状態の電子構造と分子の凝集形態との相関の観点から追究してきた。銅フタロシアニンに電子吸引性の強いフッ素基を導入した場合の薄膜のフロンティア電子構造変化を解明した後、典型的な有機半導体のペンタセン薄膜について、真空蒸着による薄膜調製時の基板温度の違いが膜構造に及ぼす影響とそれに伴う電子構造の相違を詳細に検討した。構造は視斜角入射X線回折法や原子間力顕微鏡で調べ、電子構造はとくに空電子状態について逆光電子分光法と低速電子透過分光法を用いて観測した。その結果、300Kの基板上に得た「薄膜相」の結晶膜より、100Kの基板上に調製した長周期の規則的分子配列が認められず粗い粒子からなる薄膜の方が電子親和力の閾値が大きいこと、ペンタセンのLUMOが導く準位は室温基板膜よりも低温基板膜の方が界面で接する基板のフェルミ準位に近いことが分かった。この結果は、有機薄膜の結晶性の違いが空状態の電子構造の違いを導くことを初めて直接明らかにしたものである。しかし、単純な静電分極効果だけではこれらを説明できず、有機半導体薄膜中の電子輸送について考える上で構造-電子構造相関のより精確な把握の必要性をその事実が示唆している。一方、比較的安定なラジカル分子であるルテニウムフタロシアニンを取り上げて蒸着薄膜を調製し、とくに交換相互作用の観点からその構造とフロンティア電子構造の相関に注目する研究にも着手した。しかし、他のフタロシアニン化合物に比べて構造制御が困難なことに加え、電子構造観測のエネルギー分解能をさらに高める必要のあることが分かり、今後の研究展開に関する要件と処策についての検討を行った。

薄膜和有机分子组装体界面中的电子态特征是通过考虑分子之间静电极化的贡献以及控制组装体电子特性的能隙正下方和上方的价电子和空位来确定的。从前沿电子态的电子结构与分子聚集形式之间的相关性角度对此进行了研究。在阐明了在铜酞菁中引入强吸电子性氟基团时薄膜前沿电子结构的变化后，通过薄膜制备过程中衬底温度的差异确定了典型有机半导体并五苯薄膜的薄膜结构通过真空蒸发对结构的影响以及电子结构的相关差异进行了详细研究。利用斜入射X射线衍射和原子力显微镜研究了结构，并利用逆光电子能谱和慢电子透射谱观察了电子结构，特别是空电子态。结果发现，在不具有长周期规则分子排列且由粗颗粒组成的100K基板上制备的薄膜比在300K基板上获得的“薄膜相”结晶膜具有更高的电子亲和力阈值。与室温基底膜相比，低温基底膜中的界面处并五苯的LUMO引导的能级更接近于与界面接触的基底的费米能级。这一结果首次直接揭示了有机薄膜结晶度的差异导致空态电子结构的差异。然而，这些不能仅用简单的静电极化效应来解释，这一事实表明，在考虑有机半导体薄膜中的电子传输时，需要更精确地理解结构-电子结构关系。另一方面，我们利用相对稳定的自由基分子钌酞菁制备了气相沉积薄膜，并开始研究其结构与前沿电子结构之间的相关性，特别是从交换相互作用的角度。然而，除了与其他酞菁化合物相比结构难以控制外，还发现需要进一步提高电子结构观测的能量分辨率，因此我们考虑了未来研究发展的要求和措施。