プラスチック電子機器や有機太陽光発電に含まれるような有機材料は、シリコンや他の無機材料のように半導体として使用できます。それらの半導体特性は、分子がどのように配置され、材料内でどのように移動するかによって決定されます。
有機材料の分子振動のエネルギーが、それらの熱特性と電子的特性を決定する重要な要因であることはよく知られています。ただし、これらの分子振動の量子特性がこれらの特性にどの程度影響するかはわかりません。
Mainzの研究者は、量子効果が分子振動を十分に低い温度で「凍結」する可能性があることを示しました。量子凍結として知られるこの現象は、以前に観察されていますが、いくつかの特定の分子系でのみです。
彼らの目標は、より広い範囲の有機材料で量子凍結挙動を調査することでした。 「その時だけ、量子現象がこれらの有機材料の特性に影響する程度について意味のある予測を行うことができます」とBiermann氏は説明しました。
この目標を達成するために、研究者は高解像度X線散乱法を利用して、有機材料の構造を正確に決定しました。測定は、ハンブルクのドイツ電子シンクロトロン（DESY）のPetra III貯蔵リングで実行されました。
「X線の高い輝きと焦点のおかげで、非常に低い温度でさえ、分子構造を非常に詳細に決定することができました」とDaniel Tsivion博士は言いました。 Biermannのグループの学生。
データを分析するために、研究者はMainzのMPI-PでMatthias Schmidtと協力しました。彼らは、材料の構造を再現し、内部の分子のダイナミクスをシミュレートできる洗練されたコンピューターシミュレーションを開発しました。
高解像度のX線実験とコンピューターシミュレーションを組み合わせた使用により、量子凍結は、さまざまなクラスの化合物で発生する有機材料の広範な現象であることが明らかになりました。この発見は、有機半導体材料の特性、つまり有機電子機器と有機太陽光発電の進歩に不可欠な材料を設計および予測する際に量子効果を考慮しなければならないことを意味するため、重要です。
研究チームは現在、有機電子および光電子デバイスのパフォーマンスと効率を改善するためにこれらの現象をどのように活用できるかを理解することを目的として、有機材料の量子効果をさらに探求することを計画しています。
