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

使用旋转开尔文探针法阐明有机薄膜的自发取向偏振并开发新的控制方法

基本信息

批准号：
22KJ0487
负责人：
大原正裕
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Chiba University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0487/
关键词：
Giant Surface Potential Orientation Polarization Rotary Kelvin probe Orientation Relaxation

项目摘要

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。

我们一直在研究巨表面电势（GSP），由于具有永久偶极矩的分子的取向极化，它在膜厚度方向上产生巨大的电势。 GSP 的大小因材料而异，但我们的团队之前已经证明，即使对于相同的材料，通过一次间歇地沉积几个纳米，GSP 的大小和极性也会发生变化。他们报告了一个有趣的现象，表明弛豫的形成。层。今年，我们使用了我们已经开发了一段时间的“旋转开尔文探针”来实时测量沉积过程中表面电位的变化，从而详细观察方向随时间的变化。在测量中，我们使用了气相沉积快门，其打开和关闭可以通过控制阀门来控制，并且通过以固定时间间隔打开和关闭它，我们引入了弛豫时间。结果，他们观察到沉积后表面电位立即衰减了几分钟，并揭示了表面弛豫层的形成改变了GSP的尺寸和极性。已经揭示，通过重复这种以规则的间隔打开和关闭沉积闸门的“间歇沉积”，可以形成弛豫层并且可以切换非晶膜的偏振状态。事实上，通过重复间歇和连续沉积，他们成功地创造了一种在薄膜内具有相反方向的装置。此外，即使对于相同的材料，我们也可以通过简单地周期性中断沉积来成功地任意控制取向偏振。这种新的气相沉积方法可以应用于所有有机分子，而不仅仅是极性分子，并且被认为可以提高有机器件的性能并创造新器件。