NIMSなど、高性能有機半導体デバイスの実現に向けた一次元有機分子鎖を開発

物質・材料研究機構(NIMS)と千葉大学は、特殊な基板を使うことにより、有機分子を完全に一次元に並べることができることを実証したと発表した。有機分子中に電荷や電子スピンを高効率に流すシステムを開発したものであり、今後の有機半導体エレクトロニクス・スピントロニクスデバイスの開発を加速させるものであるという。

同成果は、名古屋大学大学院 理学研究科の田中裕介博士(所属は当時)と千葉大学大学院 融合科学研究科の坂本一之准教授らによるもので、名古屋大学、千葉大学、物質・材料研究機構、産業技術総合研究所の共同研究として行われ、詳細は、米科学誌「ACS Nano」に掲載された。

省エネルギーで環境に優しい次世代デバイスとして期待されている有機半導体デバイスの実用化に向けた課題は、現在の主流である無機半導体よりも数桁小さい電荷などの移動度をいかに向上させるかにある。

高品質の一次元有機構造体を作製することは、電荷や磁性といった情報伝達の高効率化が期待できるほか、ナノテクノロジー研究のもっとも重要な事項である低次元ナノ構造体の任意作製技術の開発にも寄与するものと期待されている。しかし、高品質の一次元構造体はこれまでは分子を1個ずつ動かすといった地道で時間のかかる、大量生産にはまったく向かない方法でしか作製されておらず、大量生産に向く自己組織化手法では情報伝達の効率が低い構造体しか作製できていなかった。

今回、研究グループは、特殊な基板を使うことで、自己組織化により有機分子が完全に一次元に並んだ高品質の一次元有機分子構造体の作製に成功した。これにより、電荷や電子スピンは有機分子中を高効率で流れることができ、有機半導体エレクトロニクススピントロニクスデバイスの実現への道が開かれたとしている。

また、この高品質一次元有機分子構造体の作製は、有機分子の分子構造を変えることで、分子をギアとして用いることができることも研究では示されていることから、電荷や磁性のみでなく、機械的な情報伝達の可能性もあるという。

さらに、一次元構造に隙間がある場合でも、基板の電子と分子の電子が相互作用することも明らかになったという。そのため、これらの結果から、分子間での直接的な情報伝達だけでなく、基板電子を介した間接的な高効率での電荷・磁性の情報を伝達する有機半導体デバイスの開発が期待できるようになると研究グループではコメントしている。