ポイント　

• リチウム内包フラーレンを「塩」（Li⁺@C₆₀[PF₆^-]）の状態で昇華し金属表面に吸着させ、これを直接観察することで、精密な電子状態解析に初めて成功しました。
• フラーレンに内包されるリチウムは「一価の陽イオン」の状態を保つこと、印加する電圧により電荷を制御できることなどを明らかにしました。
• 本成果は、リチウム内包フラーレンを利用した次世代有機半導体材料の実用化に道を拓くものです。

概要

　国立大学法人筑波大学　数理物質系の山田洋一講師らは、国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構の境誠司上席研究員、東北大学の權垠相准教授、イデア?インターナショナル株式会社の笠間泰彦らと共同で、次世代材料として期待されるリチウム内包フラーレンの電子状態を分子レベルで直接観察し、その詳細な解析に成功しました。

　リチウム内包フラーレンは、有機太陽電池やスーパーキャパシタなどの有機エレクトロニクスデバイスとして応用が期待されていますが、その物性を解き明かすカギとなる電子状態はこれまで明らかにされていませんでした。これは、材料としての機能解析のために必要な金属基板上での挙動を評価する上で、内包フラーレンを単原子層で制御し、基板上に配列させることが困難であったためです。

　本研究では、この内包フラーレンをフッ素やリンと結合した「塩」の形（Li⁺@C₆₀[PF₆^-]）で真空中に昇華させることにより、金属表面上に内包フラーレンを直接吸着させて単原子層膜を形成し、走査トンネル顕微鏡（STM）を用いて個々の分子を直接観察することに初めて成功しました。さらに、測定された電子状態を理論計算結果と比較することで詳細な解析を行い、内包されたリチウムがほぼ一価の陽イオンの状態でフラーレン内に存在することを明らかにしました。また、リチウムがイオンとして内包されていることから、電子移動度など、デバイス特性を左右する指標の一つである電子受容性に優れていることや、印加する電圧により電荷を制御できることもわかりました。このようなリチウム内包フラーレンの詳細な電子状態の解明は、これを利用した高機能な有機エレクトロニクスデバイス実現の礎となるものです。

　本研究成果は、Carbon誌（オンライン版）に2018年3月3日付で先行公開されました。

図　Li⁺@C₆₀分子の電子状態（赤丸がリチウムイオン。数値は電荷を示す。）

詳細（プレスリリース本文）

問い合わせ先

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東北大学大学院理学研究科巨大分子解析研究センター
准教授　權　垠相（くぉん　うんさん）
Tel：022-795-6752
E-mail：ekwon*m.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）

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東北大学大学院理学研究科
特任助教　高橋　亮（たかはし　りょう）
Tel：022-795-5572、022-795-6708
E-mail：sci-pr*mail.sci.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください）