材料科学：高移動度共役高分子において「乱れのない」輸送に近づく

共役高分子を用いることで、低温の溶液プロセスでフレキシブル半導体デバイスが作製できる。この25年にわたってさまざまな分子構造が研究されてきたため、デバイス性能は著しく向上した。しかし、大きな欠点が克服されていない。それは、高分子膜の輸送特性が広範な構造的乱れやエネルギーの乱れによって依然として制限されるということである。この欠点のせいで、より優れた性能を示す材料の合理的設計が制限されるばかりでなく、高分子骨格に沿って広がるπ電子非局在化を伴う物理現象の研究が阻まれている。今回我々は、電界効果変調ゼーベック測定、トランジスター測定、サブバンドギャップ光吸収測定によって、数種の高移動度共役高分子の輸送を比較研究したことを報告する。我々は、これらの高分子種のいくつかにおいて、中でも注目すべきは、最近報告されたアモルファスに近い微細構造を持つインダセノジチオフェン系ドナー・アクセプター共重合体において、電荷輸送特性が、全ての分子サイトが熱的に到達可能という、乱れのない固有の限界に近づくことを明らかにしている。分子動力学シミュレーションの結果から、この長く探し求められてきた乱れのない領域が、側鎖の影響を驚くほど受けにくくねじれのない平面骨格構造に起因することが確認されている。今回の結果は、「乱れのない」共役高分子を得るための分子設計指針を提示するものである。

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