分子の配向が鍵: 2光子光電子分光法を使用して電子の挙動に新たな光を当てる

2024 年 3 月 19 日

(Nanowerkニュース) 有機エレクトロニクスは、さまざまな用途に応用できる可能性があるため、学界および産業界で大きな関心を集めている分野です。 OLEDは有機太陽電池は、軽量設計、柔軟性、コスト効率などの利点を提供します。これらのデバイスは、薄膜電極として機能する基板上に有機分子を付着させ、薄膜と基板の間の電子の移動を制御することによって機能します。したがって、基板と薄膜の間の界面における電子の挙動を有機薄膜の電子特性と合わせて理解することは、有機エレクトロニクスのさらなる進歩にとって重要です。さらに、光キャリア電子と分子内光励起を同時に観察することで、有機分子の薄膜についてのさらなる洞察が得られると考えられます。有機分子の薄膜の静的な電子状態は、と呼ばれる手法を使用して詳細に研究されていますが、光電子分光法、デバイス内でその機能を発現しようとする電子の動的挙動を正確に検出することは困難であり、進歩を妨げています。大阪首都大学大学院工学研究科の渋田正博准教授らの研究グループは、二光子光電子分光法（2PPE）を用いて、グラファイト基板上に蒸着したトリフェニレン（TP）分子の薄膜の電子的挙動と表面構造を観察した。、走査型トンネル顕微鏡そして低エネルギー電子回折。結果（物理化学ジャーナルC, 「二光子光電子分光法による有機単層膜の光キャリア電子と励起子の探査」) は、TP 分子が基板上に直立した配置で吸着する特殊な構造を示すことを示しました。グラファイト基板上に直立配置で吸着されたトリフェニレン (TP) 分子 TP 分子の電子は、二光子 (2PPE) 光電子放出分光法、走査トンネル顕微鏡、および低エネルギー電子回折を使用して正確に観察されました。（画像提供：大阪首都大学渋田正博）光照射により基板からTP分子に両方の電子が注入され、分子薄膜中で光励起された電子を一つの試料で同時に観察することに成功した。また、TP分子と同様に分子が基板に対して斜めに吸着した特殊な構造の分子が一層だけ存在する薄膜上でも強いフォトルミネッセンスが観察された。これらの成果は、新たな発光材料の開発や機能性有機電子デバイスのさらなる発展に貢献することが期待されます。「2PPE分光法はまだ電子状態を評価する新しい方法ですが、適切に最適化された測定には時間がかかるにもかかわらず、電子状態がよく観察される場合とそうでない場合があるという問題があります」と渋田教授は述べた。「私たちの研究結果は、電子状態の可視性が基板上の分子の吸着モードとその電子特性に密接に関係していることを浮き彫りにしました。つまり、分子の種類だけでなく、その並び方も適切に制御して、その機能を十分に発揮できるデバイスを実現する必要があるのです。私たちの研究が、実用化に向けた機能性材料の開発への洞察を提供できることを嬉しく思います。」