粗視化分子動力学シミュレーションによる有機半導体薄膜形成手法の比較研究：蒸着法と凝集法の熱的安定性評価
有機半導体薄膜のガラス状態における構造・熱的特性は、その形成プロセスに強く依存する。本研究では、LAMMPS分子動力学シミュレーションを用いて、蒸着（Physical Vapor Deposition: PVD）法と凝集（バルク急冷）法により形成された有機半導体薄膜の密度、ポテンシャルエネルギー（PE）、ガラス転移温度（Tg）を系統的に比較した。7ビーズ粗視化モデル（T-T-C-C-C-T-T）を用いた100分子系の直接比較に加え、蒸着法では基板温度・蒸着速度・基板相互作用・成膜過程の4パラメータ、凝集法では冷却速度・圧縮圧力・π-π相互作用強度・主鎖剛性・アニーリングの5パラメータについて系統的なパラメトリック研究を実施した。
主要な結果
- 蒸着法は凝集法に対して中間温度域で3-6%高い密度を維持し、Tgは約38%向上した（1.8 vs 1.3）
- 蒸着法の最適条件：$T_{dep}$ ~ 0.5-0.7、$V_{dep}$ ~ 3-5、$\varepsilon_{wall}$ ~ 1.5-2.5
- 凝集法ではアニーリングが最も効果的な改善策（急冷比+12%密度向上）
- 高圧処理によるHDA（High-Density Amorphous）状態の形成を確認
- 分子設計指針：強いπ-π相互作用（$\varepsilon_{CC}$ >= 3.0）と極端な主鎖剛性（非常に柔軟または非常に剛直）が有利