秩序と乱れが共存した高性能な液晶性有機半導体を開発~電子回折により液晶が凍結した分子配列構造を確認~

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2021-12-23 東京大学,科学技術振興機構,理化学研究所,東北大学

ポイント
  • 置換基効果により分子配列の秩序と乱れが共存した高性能な液晶性有機半導体を開発
  • クライオ電子顕微鏡を用いた電子回折により極薄な液晶凍結層のフル構造解析に成功
  • 半導体と液晶が融合したソフトマターエレクトロニクスへの展開に期待

東京大学 大学院工学系研究科 物理工学専攻の井上 悟 特任研究員、長谷川 達生 教授、理化学研究所 放射光科学研究センターの米倉 功治 グループディレクターらは、分子配列の秩序と乱れが共存した高性能な液晶性有機半導体を開発し、その極薄膜が液晶凍結状態であることを、クライオ電子顕微鏡を用いた電子線結晶構造解析により捉えることに成功しました。

液晶は、棒状分子の長軸(長手方向)の配向秩序と横方向の配列の乱れが共存した固体と液体の中間状態で、多種の分子材料で発現し、それらの特有な分子の配向性が液晶表示素子として幅広く利用されています。近年、類似の棒状分子により高性能な有機半導体が得られ、またこれらの多くが高温で液晶相に変化することが明らかとなっており、液晶が持つ優れた機能を有機半導体の高度化のために積極的に活用する研究が注目されています。しかし、これら半導体のデバイス性能は液晶状態では著しく低下することが課題となっていました。本研究では、有機半導体分子の置換基に多彩な制御を施す高度な分子設計をもとに、高性能な液晶性有機半導体の開発に成功しました。さらに、得られた液晶性有機半導体の内部で分子配列の秩序と乱れが共存する様子を、最先端のクライオ電子顕微鏡を用いた電子線構造解析技術により捉えることに成功しました。

本研究により、柔らかな液晶状態において高いデバイス性能を示す有機半導体を用いた、新たなソフトマターエレクトロニクスへの展開が期待されます。

本研究成果は、2021年12月22日(米国東部時間)に米国科学誌「Chemistry of Materials」オンライン版に掲載されます。

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B(19H02579)、基盤研究C(21K05209)、JSPS 新学術研究領域(19H053121)による支援を受けて行いました。

詳しい資料は≫

<論文タイトル>
“Emerging Disordered Layered-Herringbone Phase in Organic Semiconductors Unveiled by Electron Crystallography”
DOI:10.1021/acs.chemmater.1c02793
<お問い合わせ先>

<研究に関すること>
井上 悟(イノウエ サトル)
東京大学 大学院工学系研究科 物理工学専攻 特任研究員

長谷川 達生(ハセガワ タツオ)
東京大学 大学院工学系研究科 物理工学専攻 教授

米倉 功治(ヨネクラ コウジ)
理化学研究所 放射光科学研究センター 利用技術開拓研究部門 生体機構研究グループ グループディレクター
(理化学研究所 科技ハブ産連本部 バトンゾーン研究推進プログラム
理研-JEOL連携センター 次世代電子顕微鏡開発連携ユニット ユニットリーダー
東北大学 多元物質科学研究所 教授)

<JST事業に関すること>
嶋林 ゆう子(シマバヤシ ユウコ)
科学技術振興機構 戦略研究推進部 グリーンイノベーショングループ

<報道担当>
東京大学 大学院工学系研究科 広報室
理化学研究所 広報室 報道担当
科学技術振興機構 広報課
東北大学 多元物質科学研究所 広報情報室

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