早稻田大学 理工学院 応用物理学科的寺崎一郎教授等与东京大学、东京工业大学、东北大学、冈山大学、高辉度光科学研究中心进行共同研究,发现了有机导电体θ-(BEDT-TTF)2CsCo(SCN)4的单结晶在液态氦的温度下（4.2Ｋ＝绝对温度、负２６９度Ｃ）显示了与可控硅整流器的同样电流-电压的特性,也就是说发现了和逆变器一样,可以把直流电压变换成交流电流的现象。这是世界上首次发现单结晶显示出可控硅整流现象。这意味着在有机电子单元设计研究上有了新的可能性。这个研究成果在9月22日发行的英国的科学杂志「Nature」中揭示。(论文题目「An organic thyristor」（有机硅可控整流器）)
（注释）θ-(BEDT-TTF)2CsCo(SCN)4 ＝BEDT-TTF的诱导体(络化物)之一。
BEDT-TTF诱导体也表示导电性和超传导。
研究小组是以寺崎教授为首、由泽野文章(早稻田大学理工学院研究生)、森初果(东京大学物性研究所副教授)、森健彦(东京工业大学理工学研究科副教授)、渡边真史(东北大学多元物质科学研究所助手)、野田幸男(同教授)、池田直(高辉度光科学研究中心主任研究员)、野上由夫(冈山大学理学研究科教授)而构成的。在对常温下表示导电性的θ-(BEDT-TTF)2CsCo(SCN)4单结晶做物性研究时,需要调查其超低温特性,结果却发现了用液态氦冷却的话,直流电流将转换成交流电流的现象。
在分析此现象的原因后,发现特性变化是因为结晶中的电荷秩序状态因为电流而溶解。电荷秩序是指电子的冻结状态。也就是说,当电流不流动时电子因低温冷冻而处于不流动的状态。然而,当电流流动时,处于冷冻状态的电子开始溶化,电流开始急速流动。这便是和可控硅整流同样的电流-电压特性的原因。利用光辐射的折射实验,揭示了和这种奇特的电流－电压特性相对应的电荷秩序溶解现象 。
电荷状态的溶解现象在物理学上可以称为本质性的非平衡现象。比如,冬天的水池会结冰,而河水不结冰的现象就是非平衡现象的一种。这个现象,在现代物理学中也没有被充分地说明。此次发现,也可能作为电子版本。这个解释若能被充分地证明,将是非平衡物理学发展中的一大进展。
可控硅在用于稳定电源和节能的逆变器电路中的不可缺少的电子元器件,
在冷气设备和冰箱等广泛地使用。但是,从前的可控硅整流器是利用半导体pn结合的电器特性的单元,
采用半导体技术对单结晶进行细微加工制造而成的。
相对于此,这次发现的单结晶物质却自身带有与可控硅整流同样的电流-电压特性,
这就有可能使我们不再需要加工制造工序。但是这个现象只是在液态氦的超低温的状况时发生,
与超导体等一样在室温下不会发生变化,不可能把这种有机可控硅整流材料马上实用化。但是,这证明了有机化合物可以被作为电子材料来利用的巨大可能性。
本研究受以下单位的援助:日本学术振兴会21世纪COE项目、
科学研究费补助金特定领域研究•基础研究、科学技术振兴机构的战略性创造研究推进事业。
