2009S2-007
有機分子−電極系の構造・電子状態と電荷移動ダイナミクス

Last modified 2020-10-08 by s-proposalpfiqst.kek.jp

●基本情報
　●実験責任者：吉信　淳（東大）
　●課題有効期間：2009/10〜2012/9
　●実験ステーション：13A
　●関連課題：2006S2-002（コインシデンス分光による内殻励起、オージェ緩和、イオン脱離の研究）
　　　　　　　2012S2-006（エネルギー変換材料の表面界面物性：VUV/SX放射光分光による研究）

●課題の概要
　近年，有機分子を用いたデバイスの研究開発が活発に行われその特性は飛躍的に向上したが，一方，有機分子-電極界面の物性がデバイス動作に大きな影響を及ぼすことがわかってきた．有機分子-電極系の電子状態は，各物質固有のエネルギー準位はもとより，電極材料と有機分子間の電荷移動，分子配向など様々な要素により決まる．従って界面の電子状態を制御しデバイス特性を改善するためには，原子レベルでの有機分子-電極間相互作用の理解が必須である．しかし現状では，有機分子-電極界面の物理的理解は十分に進んでおらず、デバイスを用いた特性評価が先行しているといえる．
　本申請では，高度化されたBL13アンジュレーター放射光を活かして先端的光電子分光測定を行い，有機分子-電極界面の構造，電子状態さらに電荷移動ダイナミクスを解明することを目的とする．ここで先端的光電子分光とは
１． 高分解能内殻光電子分光（エネルギー分解能ΔE＜50meV）
２． 高分解能角度分解光電子分光（ΔE＜10meV）
３． Core-hole clock分光（時間分解能：内殻空孔寿命程度（数fs））
４． 放射光励起STM（位置分解能＜20nm）
であり，ここ数年PFのいくつかのビームラインを用いて，申請メンバーらがそれぞれ独立して実施・開拓・発展させてきた手法である．本S2プロジェクトにより高度化されたVUV-SXアンジュレータービームライン（新BL13）にこれらの先端的光電子分光を結集させ，有機分子-電極系に対して複合的に適用することにより，この分野での飛躍的な発展をめざす．
　具体的には，有機半導体デバイスや有機太陽電池のモデル系を，良く規定された基板に作製する．有機単結晶薄膜の電荷移動度と密接に結びついているバンド分散や電子格子相互作用を高分解能角度分解光電子分光で調べる．有機分子と電極間の電荷移動については，高分解能内殻光電子分光により知見を得る．電荷移動ダイナミクスについては，Core-hole clock分光により定量的知見を得る．基板に構築された有機分子-電極モデル系や低次元ナノ構造の実空間評価には放射光STMが不可欠のツールとなる．有機分子低次元ナノ構造はバルクの有機電荷移動錯体とも関連が深く，物性物理学の観点からも興味深い系と考えられる．

●成果発表
　●論文

• "Formation of BN-covered silicene on ZrB₂/Si(111) by adsorption of NO and thermal processes"
  Jun Yoshinobu1,a), Kozo Mukai, Hiroaki Ueda, Shinya Yoshimoto, Sumera Shimizu, Takanori Koitaya, Hiroyuki Noritake, Chi-Cheng Lee, Taisuke Ozaki, Antoine Fleurence, Rainer Friedlein, and Yukiko Yamada-Takamura
  J. Chem. Phys., 153 (2020) 064702.
• "Two-dimensional Electron Gas at Thiol/ZnO Interface"
  Kenichi Ozawa, Kazuhiko Mase
  e-Journal of Surface Science and Nanotechnology, 18 (2020) 41.
• "Single-particle excitation of core states in epitaxial silicene"
  Chi-Cheng Lee, Jun Yoshinobu, Kozo Mukai, Shinya Yoshimoto, Hiroaki Ueda, Rainer Friedlein, Antoine Fleurence, Yukiko Yamada-Takamura, and Taisuke Ozaki
  Phys. Rev. B 95 (2017) 115437.
• "Electron-Donor Dye Molecule on ZnO(10-10), (0001), and (000-1) Studied by Photoelectron Spectroscopy and X-ray Absorption Spectroscopy"
  Kenichi Ozawa, Masahiro Suzuki, Ryo Tochikubo, Hiroo Kato, Yuichi Sugizaki, Kazuyuki Edamoto, and Kazuhiko Mase
  J. Phys. Chem. C, 120 (2016) 8653.
• "Structure and Photo-Induced Charge Transfer of Pyridine Molecules Adsorbed on TiO₂(110): A NEXAFS and Core-Hole-Clock Study"
  Hiroshi KONDOH, Yuki HIGASHI, Masaaki YOSHIDA, Yuji MONYA, Ryo TOYOSHIMA, Kazuhiko MASE, Kenta AMEMIYA, Fukashi TSUKIOKA, Masanari NAGASAKA, Yasuhiro IWASAWA, Hideo ORITA, Kozo MUKAI, and Jun YOSHINOBU
  Electrochemistry 82 (2014) 341.
• "Quantitative analysis of chemical interaction and doping of the Si(111) native oxide surface with tetrafluorotetracyanoquinodimethane"
  Shinya Yoshimoto, Masayuki Furuhashi, Takanori Koitaya, Yuichiro Shiozawa, Kazutaka Fujimaki, Yosuke Harada, Kozo Mukai, and Jun Yoshinobu
  J. Appl. Phys. 115 (2014) 143709.
• "Aqueous-Phase Oxidation of Epitaxial Graphene on the Silicon Face of SiC(0001)"
  Md. Zakir Hossain, Maisarah B. A. Razak, Shinya Yoshimoto, Kozo Mukai, Takanori Koitaya, Jun Yoshinobu, Hayato Sone, Sumio Hosaka, and Mark C. Hersam
  J. Phys. Chem. 118 (2014) 1014.
• "Photoelectron spectroscopy study of interaction of oxygen with the (111) surface of a Cu-Zn alloy"
  K. Ozawa a, Y. Mimori, H. Kato, S. Imanishi, K. Edamoto, K Mase
  Surface Science, 623 (2014) 1.
• "Shockley surface state on α-brass(111) and its response to oxygen adsorption"
  K. Ozawa a, Y. Mimori, H. Kato, M. Emori, H. Sakama, S. Imanishi, K. Edamoto, K. Mase
  Surface Science, 623 (2014) 6.
• "Interface state and energy level alignment of F4-TCNQ sandwiched between a pentacene film and the ethylene-terminated Si(100) surface"
  Shinya Yoshimoto, Kazuki Kameshima, Takanori Koitaya, Yosuke Harada, Kozo Mukai, Jun Yoshinobu
  Organic Electronics, 15 (2014) 356.
• "Spectroscopic Characterization and Transport Properties of Aromatic Monolayers Covalently Attached to Si(111) Surfaces"
  Y.Harada, T.Koitaya, K.Mukai, S.Yoshimoto and J.Yoshinobu
  J. Phys. Chem. C, 117 (2013) 7497.
• "Energy Level Alignment of Cyclohexane on Rh(111) Surfaces: The Importance of Interfacial Dipole and Final-State Screening"
  T.Koitaya, K.Mukai, S.Yoshimoto and J.Yoshinobu
  J. Chem. Phys., 138 (2013) 044702.
• "Site-Specific Chemical States of Adsorbed CO on Pt(997): A High Resolution XPS Study"
  S.Shimizu, H.Noritake, T.Koitaya, K.Mukai, S.Yoshimoto and J.Yoshinobu
  Surf. Sci., 608 (2013) 220.
• "Energy Level Alignment of C₆₀/Ca Interface with Bathocuproine as an Interlayer Studied by Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy"
  S.Wang, T.Sakurai, R.Kuroda and K.Akimoto
  Jpn. J. Appl. Phys., 51 (2012) 10NE32.
• "Epitaxial Rh-Doped SrTiO₃ Thin Film Photocathode for Water Splitting under Visible Light Irradiation"
  S.Kawasaki, K.Nakatsuji, J.Yoshinobu, F.Komori, R.Takahashi, M.Lippmaa, K.Mase and A.Kudo
  Appl. Phys. Lett., 101 (2012) 033910.
• "Energy Band Bending Induced Charge Accumulation at Fullerene/Bathocuproine Heterojunction Interface"
  S.Wang, T.Sakurai, R.Kuroda and K.Akimoto
  Appl. Phys. Lett., 100 (2012) 243301.
• "Kinetic and Geometric Isotope Effects Originating from Different Adsorption Potential Energy Surfaces: Cyclohexane on Rh(111)"
  T.Koitaya, S.Shimizu, K.Mukai, S.Yoshimoto and J.Yoshinobu
  J. Chem. Phys., 136 (2012) 214705.
• "Chemically Homogeneous and Thermally Reversible Oxidation of Epitaxial Graphene"
  Md.Z.Hossain, J.E.Johns, K.H.Bevan, H.J.Karmel, Y.T.Liang, S.Yoshimoto, K.Mukai, T.Koitaya, J.Yoshinobu, M.Kawai, A.M.Lear, L.L.Kesmodel, S.L.Tait and M.C.Hersam
  Nature Chemistry, 4 (2012) 305.
• "Electron Donor Molecule on Oxide Surface: Influence of Surface Termination of ZnO on Adsorption of Tetrathiafulvalene"
  K.Ozawa, S.Munakata, K.Edamoto and K.Mase
  J. Phys. Chem. C, 115 (2011) 21843.