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

各向同性有效质量有机半导体二维导电层的探索及电导率评估

基本信息

批准号：
22K05261
负责人：
山岸正和
金额：
$ 2.66万
依托单位：
National Institute of Technology, Toyama College
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

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．

在本研究提案中，我们旨在通过模拟表现出能带电导率的 π 电子系统骨架来阐明具有各向同性有效质量（或具有改进的有效质量各向异性）的聚集体结构。寻找聚合结构。 2022年，即研究的第一年，我们主要研究骨料结构模拟。首先，我们创建了一个程序代码来自动化部分计算过程，验证其运行情况，并优化计算过程。此外，虽然没有计划，但在计算传递积分和有效质量的过程中需要考虑能带色散，因此我们创建了一个程序，使用紧束缚模型计算能带和有效质量。使用创建的程序，我们优化了几个 π 电子骨架的分子结构，然后模拟了假设人字形结构的聚集体结构。我们考虑了聚集结构的三个参数：分子相对于柱方向的倾斜度以及柱方向和垂直方向上的分子间距离，并获得了每个倾斜度的能量稳定的分子间距离。因此，对于任何分子，计算列方向上的两个分子时产生最低能量的斜率，以及计算三个分子（列方向上的两个分子和垂直方向上的一个分子）时产生最低能量的斜率我发现它是不同的。此外，在模拟的聚集体结构中观察到了实际导数中获得的聚集体结构。对于某些分子基团，砖砌结构预计比人字形结构更稳定，这表明这种方法比最初预期的更有用。我们目前正在比较和考虑根据模拟获得的骨料结构计算出的传递积分和有效质量。