有機半導体で従来比10倍となる100cm2V-1s-1超の移動度を達成

東京大学 大学院新領域創成科学研究科の竹谷 純一 教授、古川 友貴 大学院生、髙柳 英明 特任教授らの研究グループは、有機半導体単結晶において、100cm2V-1s-1（100平方センチメートル パー ボルト秒）を超えるキャリア移動度の実測に世界で初めて成功しました。

有機半導体単結晶は分子同士が弱いファンデルワールス力で結びついているため、熱振動が大きく、その結果キャリア輸送は熱振動に起因する散乱に強く制限されます。実際に、室温下において有機半導体単結晶のキャリア移動度は10cm2V-1s-1程度にとどまります。熱振動の抑制は有機半導体の輸送物性における重要課題であり、抑制によって移動度がどこまで向上するかは基礎物性研究の中心的テーマの1つです。本研究グループは、有機半導体単結晶を一方向から圧縮した状態で高密度な電荷キャリア注入を行い、低温下で有機半導体分子の熱振動を抑制することで、2次元正孔ガスが100cm2V-1s-1を超える高いキャリア移動度を示すことを明らかにしました。圧縮歪み（ひずみ）と低温により熱振動を大幅に抑制することで100cm2V-1s-1を超える移動度を実現できることを見いだしました。

有機半導体は化学合成により分子形状を自由にデザインできるという特長があります。本研究成果は、分子構造を熱振動の小さい形態へと最適化することで、キャリア移動度がさらに向上する可能性を示しています。今後、高性能電子デバイスへの応用研究や、高移動度2次元正孔ガス（2DHG）を用いた量子エレクトロニクスなどの基礎研究が加速することが期待されます。

本研究成果は、2025年10月2日（日本時間）付で「Science Advances」に掲載されました。