ナノ接点のその場観察とノイズ解析によるコンダクタンスおよび透過率の動的計測

• Project/Area Number: 15K13269
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Nanostructural physics
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 谷中 淳 筑波大学, 数理物質系, 助教 (80400638)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2017: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2016: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2015: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
• Keywords: ショットノイズ解析 / ナノ接点 / 走査トンネル顕微鏡 / 有機分子 / 電気伝導特性 / 酸化タングステンナノワイヤー / 透過型電子顕微鏡

Outline of Annual Research Achievements

微細素子は、その特性を決定する物質と電子を注入するナノメートルサイズの電極で構成されているため、ナノ接点部の構造と物性を同時に観察する必要がある。ナノ接点の構造、透過率およびコンダクタンスを同時に観察し、これらの関係から、ナノ接点の物性を解明するため、極低温装置を必要としない新しい室温下ショットノイズ解析の手法開発を行った。
室温下ショットノイズ解析は、電圧印加部、高周波測定部、ロックイン検波部およびこれらの同期システムで構成されるが、27年度までに電圧印加部、高周波測定部の開発は終了したので、新しい実験手法によって電極構造や分子の構造が可視化できるようになった走査トンネル顕微鏡を用いた有機分子の電気伝導特性の研究に、室温下ショットノイズ解析の手法を導入するため、走査トンネル顕微鏡に、トンネル電流の測定と同時に数百MHz～2GHzの信号を測定できるように装置の改良を行った。
また、実際に走査トンネル顕微鏡を用いた有機分子の電気伝導特性へ室温下ショットノイズ解析の手法を導入した場合に得られるコンダクタンスとそのノイズについて予測を立てるため、可視化した電極間の分子構造とコンダクタンスの関係から第一原理計算を用いて分子の構造とコンダクタンスを計算し、電極と分子間の透過率と分子の構造について予測した。この結果から、高周波測定部にはスペクトルアナライザと共にショットノイズの平均値をサンプリングレート1kHzで測定するパワーメーターが必要となったため導入した。

Research Products

• [Journal Article] Revealing conformational dynamics in single-molecule junction by site- and angle-resolved dynamic probe method (2016)
  • Author(s): S. Yoshida, A. Taninaka, Y. Sugita, T. Katayama, O. Takeuchi, and H. Shigekawa
  • Journal Title: ACS Nano Volume: 2016, 10 Issue: 12 Pages: 11211-11218
  • DOI: 10.1021/acsnano.6b06278
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Consideration of Molecular Dynamics in Single-Molecule Junction Observed by Dynamic Probe Method (2016)
  • Author(s): Atsushi Taninaka, Shoji Yoshida, Yoshihiro Sugita, Tomoki Katayama Osamu Takeuchi, and Hidemi Shigekawa
  • Organizer: 24th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy
  • Place of Presentation: ハワイコンベンションセンター(ホノルル, ハワイ, アメリカ合衆国)
  • Year and Date: 2016-12-14
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Three dimensional conformational dynamics in single molecular junction studied by Scanning Tunneling Microscopy (2016)
  • Author(s): T. Katayama, Y. Sugita, S. Yoshida, A. Taninaka, O. Takeuchi and H. Shigekawa
  • Organizer: 24th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy
  • Place of Presentation: ハワイコンベンションセンター(ホノルル, ハワイ, アメリカ合衆国)
  • Year and Date: 2016-12-14
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 3D Dynamic Probe Analysis of 4,4’-Bpyridine Single-Molecule Junction (2016)
  • Author(s): Y. Sugita, T. Katayama, S. Yoshida, A. Taninaka, O. Takeuchi, and H. Shigekawa
  • Organizer: 24th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy
  • Place of Presentation: ハワイコンベンションセンター(ホノルル, ハワイ, アメリカ合衆国)
  • Year and Date: 2016-12-14
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Measuring bending stiffness of nanowires using force probe under electron microscope (2015)
  • Author(s): A. Taninaka, G. Yazaki, T .Iijima, and O. Takeuchi
  • Organizer: 23rd International Colloquium on Scanning Probe Microscopy
  • Place of Presentation: ヒルトンニセコビレッジホテル (北海道虻田郡ニセコ町)
  • Year and Date: 2015-12-10
  • Int'l Joint Research