極性／反極性の半導体単結晶薄膜を作り分けられる分子技術を開発～アルキル鎖の偶奇効果により非対称分子層間の配列を自在に制御～(JST)

ポイント

• 分子が全て同じ向きに並んだ分子層同士を、さらに同方向に積層して極性薄膜を構築。
• 得られた極性単結晶薄膜による光第２次高調波発生と高性能トランジスタ動作を確認。
• 有機半導体の電子機能と光機能を融合したオプト／ピエゾエレクトロニクスの展開に期待。



　東京大学 大学院工学系研究科 物理工学専攻の井上 悟 助教、長谷川 達生 教授らは、非対称な棒状分子が全て同一方向に並んだ極性単結晶薄膜を塗布形成できる新たな有機半導体を開発しました。

　最近、π電子骨格とアルキル鎖を単純に連結した非対称な棒状分子系において、分子同士の横並びの相互作用により、分子が層状に自己組織化する顕著な性質を持った層状有機半導体が開発され、注目されています。これらは溶液塗布により分子層が積み重なった高均質な半導体単結晶薄膜の構築が可能であるため、高性能な薄膜トランジスタを得ることができます。ただこれまでは、非対称分子が同じ向きにそろった単分子層同士を積み重ねて薄膜化する際に、互いの極性を打ち消さないよう積層することは困難でした。薄膜内で非対称な棒状分子の向きが全て一方向にそろった極性結晶（エレクトレット）を構築できれば、トランジスタ機能に加えた多彩なデバイス機能の発現が期待できます。このためには、分子層間の積層様式を制御する新たな分子技術の開発が必要となっていました。

　本研究では、π電子骨格末端の置換基に意匠を凝らし、互いの極性を打ち消し合う効果を著しく抑えた新たな分子を開発しました。さらに分子内のアルキル鎖長を系統的に変えたところ、極性／反極性の積層が、アルキル鎖の炭素数の偶奇により交互に出現する顕著な現象を見いだしました。

　本研究成果は、2024年1月25日（中央ヨーロッパ時間）にドイツ科学誌「Advanced Science」オンライン版に掲載されました。




本研究は、科学技術振興機構（JST） 戦略的創造研究推進事業 CREST「実験・計算・データ科学融合による塗布型電子材料の開発」（研究代表者：長谷川 達生、JPMJCR18J2）、JSPS 科研費 基盤研究A（21H04651）、基盤研究C（21K05209）による支援を受けて行いました。




＜プレスリリース資料＞

本文PDF（648KB）




＜論文タイトル＞

“Control of Polar/Antipolar Layered Organic Semiconductors by the Odd-Even Effect of Alkyl Chain”
DOI：10.1002/advs.202308270




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