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理研など、単一分子電界発光(エレクトロルミネッセンス)の機構を解明

2019/3/1 17:30
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発表日:2019年3月1日

単一分子電界発光の機構解明

-発光過程における分子内電子間クーロン相互作用が鍵-

理化学研究所(理研)開拓研究本部Kim表面界面科学研究室の三輪邦之訪問研究員(研究当時、現客員研究員)、今田裕研究員、金有洙主任研究員らの国際共同研究チーム(※)は、単一分子の「電界発光[1]」(エレクトロルミネッセンス)において、電子間に働くクーロン相互作用を考慮して電子の運動を調べる理論を構築し、この理論を用いて発光機構を解明しました。

本研究成果は、単一分子発光素子の実現やその高効率化に向けた物質設計の指針の獲得につながると期待できます。

近年、一つ一つの分子に素子機能を持たせる単一分子素子の創製に向け、固体の表面上や、複数の金属電極の間に位置する単一分子の特性を調べる研究が盛んに行われています。特に、単一分子の電気伝導特性と発光特性を高精度に調べることができる「走査トンネル顕微鏡発光[2]」を用いた研究が関心を集めています。しかし、その発光機構の詳細は未解明であり、実験結果の解釈や新たな測定系の設計において課題となっていました。

今回、国際共同研究チームは、分子内の「電子間クーロン相互作用[3]」を考慮して、単一分子の電荷輸送過程と発光過程の両方を記述する理論を構築し、電荷注入によって誘起される単一分子発光の機構を解明することに成功しました。

本研究は、米国の科学雑誌『Nano Letters』の掲載に先立ち、オンライン版(1月29日付け)に掲載されました。

*図は添付の関連資料を参照

※国際共同研究チーム

■理化学研究所 開拓研究本部 Kim表面界面科学研究室

●訪問研究員(研究当時):三輪 邦之(みわ くにゆき)

 (現客員研究員、カリフォルニア大学 サンディエゴ校 ポスドクフェロー)

●研究員:今田 裕(いまだ ひろし)

●大学院生リサーチ・アソシエイト:今井 みやび(いまい みやび)

●研修生:木村 謙介(きむら けんすけ)

 (日本学術振興会特別研究員)

●主任研究員:金 有洙(きむ ゆうす)

■カリフォルニア大学サンディエゴ校

●准教授:マイケル・ガルペリン(Michael Galperin)

※研究支援

本研究の一部は、日本学術振興会(JSPS)科学研究費補助金 基盤研究A「THz-可視STM発光分光を用いた単一分子におけるエネルギー散逸過程の研究(研究代表者:金有洙)」、基盤研究S「走査トンネル顕微鏡で拓く微小極限の光科学(研究代表者:金有洙)」、特別研究員奨励費「分子・プラズモンの発光過程における『多体量子ダイナミクス』の理論領域の開拓(研究代表者:三輪邦之)」、若手研究B「表面吸着単一分子系の電気伝導特性・発光特性に現れる電子相関効果の定量解析(研究代表者:三輪邦之)」、若手研究A「単一分子STMフォトルミネッセンス法の開発及びエネルギーダイナミクスの解明と制御(研究代表者:今田裕)」、新学術領域研究(研究領域提案型)「共鳴吸収と熱ゆらぎの協奏による固体基板上に吸着した分子の光マニピュレーション(研究代表者:今田裕)」、挑戦的研究(萌芽)「スピン偏極STM発光分光法の開発及び二次元半導体におけるスピン-光変換の解明(研究代表者:今田裕)」、特別研究員奨励費「テラヘルツ光パルスを用いたSTM超高速単一分子発光分光法の開発(研究代表者:木村謙介)」、National Science Foundation「Non-equilibrium divide-and-conquer method for nanoscale simulations(研究代表者:Michael Galperin)」、U.S.Department of Energy「Molecular Optoelectronics(研究代表者:Michael Galperin)」による支援を受けて行われました。

*以下は添付リリースを参照

リリース本文中の「関連資料」は、こちらのURLからご覧ください。

https://release.nikkei.co.jp/attach_file/0504108_01.png

添付リリース

https://release.nikkei.co.jp/attach_file/0504108_02.pdf

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