半導体として用いられる材料の特性を支配する重要な指標である電荷移動度は、電荷の速さ(m s-1)を電界強度(V m-1)で除した単位であるm2V-1ｓ-1を単位として評価され、"一定の電圧を印可した際に電子あるいは正孔はどれくらいの速度で進むことができるのか ?"という極めてシンプルな意味を有しています。
これを測定する手法は、後述するさまざまな方法が提案されていますが、いずれも電子や正孔にとって極めて長い距離を一定方向に輸送する"電流"としての検出が不可欠な方法です。

我々はこの電荷移動度を、光の仲間である電磁波・マイクロ波を用いて非接触・非破壊、かつ圧倒的なスピードで測定できるTime-Resolved Microwave Conductivity (TRMC)法の開発を進めています。将来の半導体材料の候補でありながら、測定する方法の煩雑さや精製の不十分さなど、本当の材料の性質をつかみ切れていなかった材料たちを見逃さず、正確に測定するための手法です。

有機半導体材料を用いたほとんどすべての電子デバイスでは、半導体材料間、あるいは半導体と電極・絶縁体といった材料が相互に接触している界面で電荷が輸送されています。
しかし、界面だけに限定した電荷の輸送状態を正確に捉える技術はこれまでほとんどありませんでした。
本研究では、電極-絶縁体-半導体からなるMIS素子を空洞共振器内に導入し、マイクロ波による局所電場が電荷キャリアの移動のみを捉えることが可能な測定装置を開発しました。
ペンタセン/ポリメチルメタクリレートを用いたMIS素子の測定を実際に行い、ゲート電圧に応答して電荷が蓄積されていく様子を反射マイクロ波変化量の時間変化および電流の時間変化としてモニタリングすることに成功しました。

共役π電子系を有する物質の電子物性の多くは巨視的・微視的な電荷キャリアの挙動が支配しています。
特に電子素子として用いる際には、分子集合体の集積構造だけでなく、分子そのものの構造や熱運動特性とキャリア輸送の相関が最も基礎的かつ重要な因子で、最終的に形成される素子の実性能に直結します。
この研究では、発達したπ電子系を有する分子の集積構造や相構造を積極的に制御するために、主に圧力を用いています。
超高圧下における分子の形と積層構造・熱運動特性をを主としてラマン分光法・電子スピン分光法などにより展開し、同時に本計画研究グループがこれまで培ってきた（超）高圧下マイクロ波分光測定法との同時定量分析により、キャリア生成から局所電荷輸送にわたるキャリアダイナミクスを明らかにすることを目的としています。

π共役系分子を構成要素とする様々な有機半導体が近年開発されています。
本研究では、有機分子の設計自由度の高さを利用し、変わった形の分子骨格構造を利用することで新しい機能を実現したり、新しい概念を提案したりすることを目標としています。
例えば、π共役系ディスク状分子が一次元に連なった”シシカバブ型”の特異な構造を持つ高分子を利用し、電子ドナー・アクセプター分子骨格が整列したナノ構造を形成させることで、高い光電気伝導性を発現する有機材料を実現できることを見出しています。

我々の研究室では、他の研究グループとの共同研究も積極的に進めており、マイクロ波を用いた手法により新しい一次元・二次元電荷輸送材料の局所電気伝導度/電荷移動度の評価を進めています。
最近の研究報告例を以下に紹介します。
一次元電荷輸送経路が被覆された構造を持つポリロタキサンの電極レス電荷移動度評価を行い、ジグザグ型フェニレンエチニレンが直線形のそれよりも高い電荷移動度を示すことを明らかにしました。
また、自己組織的にナノチューブやベシクルを形成する折りたたみ高分子のナノ構造と電荷輸送特性の相関を議論しています。これらは、光励起電荷キャリア生成型の測定法によって評価しています。
一方、電荷注入キャリア生成型の測定法を用いることで、拡張ヘテロアセン材料がその分子構造や絶縁体との界面での集積構造に依存して電荷移動度をどのように変化させるかについて構造解析・電荷輸送評価の側面から実験的に議論しています。
また、共役配位高分子の電荷輸送特性評価なども行っています。
特に、溶液での基板上への結晶成長を利用し不溶性均一薄膜を形成させることによって、今まで明らかにされていなかった新しいタイプの材料の電荷輸送能を明らかにしています。

当研究室で、ナノ構造体を形成する手法として荷電粒子を利用した単一粒子ナノ加工法(SPNT法) を確立いたしました。
この手法は、加速された荷電粒子 (イオンビーム) を高分子の薄膜に照射し、荷電粒子の飛跡に沿った部分にのみエネルギーを与えます。
ナノメートルスケールの超微細空間内で高分子の架橋反応が効率的に起こります。
適当な溶媒で未反応部分を溶出させて除くと、均一な高分子のナノワイヤとなります。
導電性高分子から生体高分子材料まで、さまざまな高分子材料を自由にナノ構造化し、多くの機能・新しい機能をあわせ持つナノ材料の創製を行っています。