奈良先端科学技術大学院大学 物質創成科学研究科
グリーンデバイス研究室〔中村研究室〕
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(by Excite)

研究概要

当研究室では、物性物理、電子工学、表面科学、高分子物性、分子科学などをベースに、有機固体のもつ多彩な構造と物性を解明し、有機エレクトロニクスに応用する研究を行っています。左の絵は、我々の研究を網羅するポスターです(クリックで拡大)。

当研究室の特徴の一つは、有機材料中のナノ構造によって生じる物性を根本から理解するためのさまざまな構造/物性評価装置や新しい薄膜成長装置など、研究のツールから独自に開発する点にあります。また、実験だけではメカニズムの理解がブラックボックスになってしまうところは、計算化学によって解明します。

もうひとつの特徴は、だれかの後追いではない全く新しいデバイス応用を提案し、切り開いてゆくことです。新しい機能を得るためには、どのような材料のどのような物性を利用し、それ活かすためにどのようなデバイス構造をどのように作れば良いか、トータルで提案し実証してゆきます。


主な研究テーマ

「やわらかい」熱電材料の創出

生活環境や人体からの排熱を電気エネルギーに変換する環境発電素子として、従来概念を覆す有機熱電材料やフレキシブル熱電変換素子の創出に取り組んでいる。糸状の熱電材料が形成しやすいというカーボンナノチューブの特徴を活かしたまま、チューブ間に特殊なタンパク質による単分子接合を形成することで熱伝導率が1/1000に抑制されるナノ複合材料(図1)や、当研究室で発見された有機低分子材料における巨大ゼーベック効果の機構解明と制御(図2)などについて、先端計測・物性理論・計算化学を総動員して研究を進めている。
図1 カーボンナノチューブを無機粒子内包かご状タンパク質で接続した熱/電荷輸送独立制御ナノ構造
図2 巨大ゼーベック効果の概念図:分子性固体に特有の電流-熱流相互作用

有機系半導体材料におけるキャリア輸送過程の理解と制御

AFMポテンショメトリなどの世界唯一の評価法を開発するとともに、それらを用いて、有機無機ハイブリッド半導体(例えば有機-無機ペロブスカイト)や有機半導体の構造と電子機能に対する真の理解を進め、革新的な性能や新たな機能を生みだすための研究を行っている。
ペンタセン薄膜の階層的結晶構造とバンド端プロファイル

次世代プラスチック太陽電池の開発

次世代の新型太陽電池として期待されるポリマー太陽電池の研究開発に取り組んでいる。特に、ナノメートルの局所空間領域における光電変換機能を可視化することで太陽電池の動作機構を分子レベルで解明している。
プラスチック太陽電池の光電変換機能をナノ空間で“みる”

OFET構造を応用したテラヘルツイメージングデバイスの創出

有機半導体薄膜に再現性よく現れるバンド端ゆらぎポテンシャルを利用したテラヘルツ(THz)波イメージングデバイスの実現に取り組んでいる。THz波センシングの素過程を確認するなど、応用を指向した基礎的研究を行っている。
ローラブルなマトリクス型THz波センサによる手荷物検査のイメージ図

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解説記事など