高精度にギャップ長が制御されたナノギャップ電極を用いた分子デバイスの実現

• Project/Area Number: 11J08966
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Microdevices/Nanodevices
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 加納 伸也 東京工業大学, 大学院総合理工学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2011 – 2013
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000); Fiscal Year 2013: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2012: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
• Keywords: 単電子トランジスタ / ナノギャップ / 無電解メッキ / ナノ粒子 / ボトムアップ / 自己組織化単分子膜 / 無電解金メッキ / 金ナノ粒子 / 単分子メモリ / ポルフィリン / ボトムアップ手法 / 走査トンネル顕微鏡 / 分子メモリ

Research Abstract

平成25年度は、英国ケンブリッジ大学キャベンディッシュ研究所に滞在し、ナノ粒子を用いた量子ビットの作製に資する研究を遂行した。英国ケンブリッジ大学キャベンディッシュ研究所Charles Smith教授は、二重量子ドット内の電荷状態を高周波測定により読み取る手法を有している。
そこで、アルカンチオール/アルカンジチオール混合分子膜に保護された金ナノ粒子への電子遷移を高周波測定で読み取ることを試みた。この実験は、現在トップダウン手法で作製されている量子ビットを、金ナノ粒子を使ったボトムアップ手法で構築することをめざしている。
まず、ナノ粒子が2つ並んだ2重量子ドット構造を解析するため、マスター方程式を用いた2重量子ドットSETの解析法を構築した。従来のモンテカルロ法による解析と比較して、この方法を用いると、ドレイン電圧とゲート電圧を用いた電荷状態図から、ナノ粒子と電極間の抵抗値や容量値が精密に推測できる可能性があることがわかった。この結果はナノ粒子が量子ビットとして構築できた際の構造解析に利用できる。
無電解金メッキ法によりナノギャップ長を高精度に制御したナノギャップ電極に、上記のアルカンチオール/アルカンジチオール混合分子膜に保護された金ナノ粒子を導入し、SETを作製した。作製したSETを測定するために、300mK下での高周波測定に必要なホルダーや基板を準備した。高周波反射信号測定により、基板上に設計したLC回路と素子から構成される回路の共振を低温下で確認するところまで実施した。
並行して、この金ナノ粒子を金属電極間の絶縁膜中に埋め込んだ構造において高周波反射信号測定を行い、金ナノ粒子への単電子輸送現象をとらえる実験を共同研究として遂行している。今後は、金ナノ粒子における電子のスピン緩和時間の推定を、高周波測定により行っていくことを予定している。

Strategy for Future Research Activity

(抄録なし)

Research Products

• [Journal Article] Random telegraph signals by alkanethiol-protected Au nanoparticles in chemically assembled single-electron transistors (2013)
  • Author(s): S. Kano, Y. Azuma, D. Tanaka, M. Sakamoto, T. Teranishi, L. W. Smith, C. G. Smith, Y Majima
  • Journal Title: Journal of Applied Physics Volume: 114 Issue: 22
  • DOI: 10.1063/1.4847955
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Silicon-Nitride-Passivated Bottom-Up Single-Electron Transistors (2013)
  • Author(s): G. Hackenberger, Y. Azuma, S. Kano, D. Tanaka, M. Sakamoto, T. Teranishi, Y. Ohno, K. Maehashi, Y Maiima
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 52 Issue: 11R Pages: 1101011-5
  • DOI: 10.7567/jjap.52.110101
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ideal Discrete Energy Levels 1n Synthesized Au Nanoparticle for Chemically Assembled Single-Electron Transistors (2012)
  • Author(s): S. Kano. Y. Azuma, K. Maeda, D. Tanaka, M. Sakamoto, T. Teranishi, L. W. Smith, C. G. Smith, Y Majima
  • Journal Title: ACS Nano Volume: 6 Issue: 11 Pages: 9972-9977
  • DOI: 10.1021/nn303585g
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Characterization of thiol-functionalized oligo(phenylene-ethynylene)-protected Au nanoparticles by scanning tunneling microscopy and spectroscopy (2012)
  • Author(s): H. Koo, S. Kano. D. Tanaka, M. Sakamoto, T. Teranishi, G. Cho, Y. Majima
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 101 Issue: 8 Pages: 083115-083115
  • DOI: 10.1063/1.4747720
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Room-temperature single molecular memory (2012)
  • Author(s): S.Kano, Y.Yamada, K.Tanaka, Y.Majima
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 100 Issue: 5 Pages: 53101-53101
  • DOI: 10.1063/1.3679127
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Logic Operations of Chemically Assembled Single-Electron Transistor (2012)
  • Author(s): K.Maeda, N.Okabayashi, S.Kano, S.Takeshita, D.Tanaka, M.Sakamoto, T.Teranishi, Y.Majima
  • Journal Title: ACS Nano Volume: 6 Issue: 3 Pages: 2798-2803
  • DOI: 10.1021/nn3003086
  • Peer Reviewed
• [Presentation] チオール基を有するオリゴフェニレンエチニレン誘導体保護Auナノ粒子の統計的スイッチ現象 (2013)
  • Author(s): 加納伸也, Hyunmo Koo, 田中大介, 坂本雅典, 寺西利治, 真島豊
  • Organizer: 2013年春季第60回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 神奈川 神奈川工科大学
  • Year and Date: 2013-03-28
• [Presentation] Room Temperature Memory Operation in a Solid-State Device based on Thiol-Functionalized Oligo(Phenylene-Ethynylene)-Protected Gold Nanoparticles (2013)
  • Author(s): D. Hurtado, S. Kano. Y. Azuma, D. Tanaka, M. Sakamoto, T, Teranishi, Y. Majima
  • Organizer: 2013年春季第60回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 神奈川 神奈川工科大学
  • Year and Date: 2013-03-28
• [Presentation] Discrete Energy Levels in Synthesized Au Nanoparticle by Chemically Assembled Single-Electron Transistors (2012)
  • Author(s): S. Kano. K. Maeda, D. Tanaka, T. Teranishi, L. W. Smith, C. G. Smith, Y. Majima
  • Organizer: 2012 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM 2012)
  • Place of Presentation: 京都 国際会館
  • Year and Date: 2012-09-25
• [Presentation] ランダムテレグラフシグナルの観察によるボトムァップ単電子トランジスタの単電子検出 (2012)
  • Author(s): 加納伸也, 前田幸祐, 東康男, 田中大介, 坂本雅典, 寺西利治, Luke W. Smith, Charles G. Smith, 真島豊
  • Organizer: 2012年秋季第73回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 愛媛 愛媛大学
  • Year and Date: 2012-09-12
• [Presentation] Room Temperature Coulomb Oscillation in Chemically Assembled SET with SiNx Passivation Layer. (2012)
  • Author(s): D. Hurtado, G. Hackenberger, S. Kano. Y. Azuma, S. Takeshita, D. Tanaka, M. Sakamoto, T. Teranishi, Y. Ohno, K. Maehashi, Y. Majima
  • Organizer: 2012年秋季第73回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 愛媛 愛媛大学
  • Year and Date: 2012-09-12
• [Presentation] Availability of Silicon Nitride Passivation to Chemically Assembled Single-Electron Transistors (2012)
  • Author(s): G. Hackenberger, S. Kano. Y. Azuma, D. Tanaka, M. Sakamoto, T. Teranishi, Y, Ohno, K. Maehashi, K. Matsumoto, Y. Majima
  • Organizer: 2012年秋季第73回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 愛媛 愛媛大学
  • Year and Date: 2012-09-12
• [Presentation] 無電解金メッキ表面のSTM観察 (2012)
  • Author(s): 川本慎, 武下宗平, Victor Serdio, 加納伸也, 東康男, 寺西利治, 真島豊
  • Organizer: 2012年秋季第73回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 愛媛 愛媛大学
  • Year and Date: 2012-09-11
• [Presentation] Room Temperature Solid-State Molecular Devices by Using Porphyrin Derivatives (2012)
  • Author(s): D. Hurtado, S. Kano. Y. Azuma, S. Takeshita, Y. Yamada, K. Tanaka, Y. Majima
  • Organizer: 2012年秋季第73回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 愛媛 愛媛大学
  • Year and Date: 2012-09-11
• [Presentation] Eoom Temperature Operating Solid・State Molecular Device by Usjng Porphyrin Derivatives (2012)
  • Author(s): D. Hurtado, S. Kano. Y. Azuma, S. Takeshita, Y. Yamada, K. Tanaka, Y. Majima
  • Organizer: 2012 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM 2012)
  • Place of Presentation: 宮城 東北大学
  • Year and Date: 2012-08-31
• [Presentation] ボトムアップ単電子トランジスタにおけるNiナノギャップ電極とAuナノギャップ電極の比較 (2012)
  • Author(s): 東康男、加納伸也、田中大介、坂本雅典、寺西利治、真島豊
  • Organizer: 2012年春季第59回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 東京早稲田大学
  • Year and Date: 2012-03-17
• [Presentation] ボトムアップ単電子トランジスタにおける金ナノ粒子の量子化準位の観察 (2012)
  • Author(s): 加納伸也、前田幸祐、武下宗平、田中大介、坂本雅典、寺西利治、Luke W.Smith、Charles G.Smith、真島豊
  • Organizer: 2012年春季第59回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 東京早稲田大学
  • Year and Date: 2012-03-16
• [Presentation] ボトムアップ単電子トランジスタによる相補型インバータ (2012)
  • Author(s): 前田幸祐、岡林則夫、加納伸也、武下宗平、田中大介、坂本雅典、寺西利治、真島豊
  • Organizer: 2012年春季第59回応用物理学関係連合講演会
  • Place of Presentation: 東京早稲田大学
  • Year and Date: 2012-03-16
• [Presentation] 金ナノ粒子を用いた単電子トランジスタの温度依存性 (2011)
  • Author(s): 加納伸也、前田幸祐、岡林則夫、Victor Serdio、村木太郎、田中大介、寺西利治、真島豊
  • Organizer: 2011年秋季第72回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 山形山形大学
  • Year and Date: 2011-08-31
• [Presentation] Observation of Coulomb Blockade Behaviors Using Basic-Ligand Au Nanoparticles at Room Temperature (2011)
  • Author(s): S.Kano, T.Muraki, K.Maeda, N.Okabayashi, D.Tanaka, T.Teranishi, Y.Majima
  • Organizer: Joint conference of 5th international conference on science and technology for advanced ceramics (STAC5) and 2nd international conference on advanced materials development and integration of novel structured metallic and inorganic materials (AMDI2)
  • Place of Presentation: 神奈川メルパルク横浜
  • Year and Date: 2011-06-22