【研究分野】応用物性

【研究領域課題番号】17H06123 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

有機半導体 / 量子エレクトロニクス / 二次元電子ガス / 有機単結晶半導体 / 電子相転移 / メカノエレクトロニクス / 分子振動 / センサ / 歪応力 / センサーデバイス / 超薄膜有機半導体 / 歪センサー / センサー / 単結晶 / 有機・分子エレクトロニクス

【研究成果の概要】

提案者が独自に見出した「応力と歪に対する有機単結晶半導体の伝導度の巨大応答現象」をベースに、ホール効果などの精密な磁気輸送測定によって、ソフトなフォノンと強く結合した少数キャリアの特徴に起因するメカニズムの解明と結晶構造に相関した歪係数の特異な異方性の発見に成功した。また、歪効果を高感度検出するために、高キャリアドープによるノイズ低減の手法も確立し、遂に有機半導体で初となる金属絶縁体転移を実現するなど、数々の先駆的な研究成果をあげた。

【研究の社会的意義】

本研究では、精密に原子層を制御した無機材料の界面において実現される二次元ホールガスを、自発的に集合体を形成する有機半導体の表面で実現できることを実証し、有機半導体電子相転移の基礎研究を進めると共に、高速電子デバイスや量子エレクトロニクスデバイスへの応用が加速する礎を築いた。
また、有機半導体では異例の高い10 cm2/Vsを超える移動度を得た研究実績に加え、やわらかい半導体という機械的な特徴を電気伝導特性と結びつけたフレキシブルメカノエレクトロニクスの研究分野を確立すると共に、有機半導体単結晶を30 cm角サイズの大面積成膜にも成功し、IoT社会に直結する産業応用面でも意義ある成果を得た。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2017-05-31 - 2022-03-31

【配分額】212,290千円 (直接経費: 163,300千円、間接経費: 48,990千円)

【研究分野】物性物理およびその関連分野

【研究領域課題番号】17H06200 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

有機半導体 / 単結晶 / メカノエレクトロニクス / 分子振動 / スピントロニクス / 有機・分子エレクトロニクス / センサー / スピントランジスタ / スピンエレクトロニクス / 有機合成 / 有機半導体単結晶 / 有機半導体材料 / デバイス工学

【研究成果の概要】

本研究課題実践により半導体における電子電荷・スピン輸送において大きく理解が進展し、特に無機半導体で用いられている電子輸送の標準理論に柔らかいフォノンの効果を取り入れることが重要であることを世界に先駆けて報告した。さらに、室温での電界効果特性測定、磁場中及び低温での電子物性計測・電子スピン共鳴実験等によってスピン輸送の実験的研究をおこない、有機半導体が高い移動度と1ミリ秒以上の長いスピン緩和時間とを両立できることを示した。これらの成果により、有機半導体での非常に長いスピン緩和時間実現や低温での金属状態の実現など当初の計画以上の物性研究の進展を得ている。

【研究の社会的意義】

本研究期間中には、有機半導体における電子電荷・スピン輸送において大きく理解が進展し、特に無機半導体で用いられている電子輸送の標準理論に柔らかいフォノンの効果を取り入れることが重要であることを世界に先駆けて報告した。また、非常に長いスピン緩和時間や低温での金属状態の実現など、当初の計画以上の物性研究の進展が得られた。単結晶デバイスを用いて初めて正確な構造物性相関を解明し、ホール効果などの精密物性測定による電子状態の詳細な理解と構造への対比が可能となったことは、信頼できる学問分野の構築に道を拓いたと言える。

【研究種目】挑戦的研究(開拓)

【研究期間】2017-06-30 - 2020-03-31

【配分額】25,610千円 (直接経費: 19,700千円、間接経費: 5,910千円)