単分子計測に基づく光圧下における分子の構造および電子状態の解明
Publicly Offered Research
| Project Area | Nano-Material Manipulation and Structural Order Control with Optical Forces |
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| Project/Area Number |
19H04673
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Science and Engineering
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
木口 学 東京工業大学, 理学院, 教授 (70313020)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2020-03-31
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| Project Status |
Discontinued (Fiscal Year 2019)
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| Budget Amount *help |
¥9,230,000 (Direct Cost: ¥7,100,000、Indirect Cost: ¥2,130,000)
Fiscal Year 2019: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
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| Keywords | 単分子接合 / 単分子計測 / 光圧 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、我々が独自開発してきた単分子接合の構造、電子状態決定法を用いて、金属ナノギャップに形成される光圧下の分子の構造、電子状態の解明することを目的とする。具体的には、単分子接合を作製し、単分子接合に与える光の強度、波長、ギャップ間隔を変化させ、光圧を変えて、単分子接合の構造および電子状態の変化を計測する。そして光圧による単分子接合の電気伝導度、熱起電力などの物性値の応答性についても計測し、光圧による巨大な熱起電力、また伝導度の飛躍的向上を狙う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は、光圧下にある単分子の構造および吸着状態を決定する方法の開発を行い、電極間電圧や電極間距離を変えて光圧の大きさを変えた際の分子の状態変化を決定した。
光圧下にある単分子の状態決定は、単分子接合の表面増強ラマン(SERS)と電流-電圧特性(I-V)の同時計測により行った。同時計測を行うためには単分子接合の安定性が重要である。そこで安定性に優れるmechanically controllable break junction (MCBJ)法を用いてナノギャップを作製した。ベンゼンジチオール(BDT)、アミノベンゼンチオール(ABT)に適用することで、これまで不可能であった単分子の吸着構造の決定、分離、そして吸着構造の時間変化を捉えることに初めて成功した。
得られたSERSとIVを詳細に解析することで、単分子接合のカップリング強度、すなわち伝導度状態に応じて、分子の振動数が変化する様子が観測された。得られた振動数と伝導度の関係に基づき、モデル構造を仮定した理論計算との比較により、界面構造の決定を行った。その結果、カップリングの大きい順にbridge, hollow, atopであることが決定できた。SERSとIVを組み合わせることで初めて吸着サイトの構造変化を曖昧さなく決定することができるようになった。開発した装置を用いて、電極間電圧による吸着サイトの変化を検討した。その結果、BDT, ABTともに低バイアスではbridgeが主成分であるが、バイアスを上げるにつれてhollowサイトに移り変わっている様子が観測された。バイアス電圧を与えることでジュール加熱および電子の運動量の輸送による力（electron migration）の２つの効果によって、熱力学的に安定なbridgeサイトから、より抵抗の大きなhollowサイトに移り変わることが説明できた。
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(1 results)
Research Products
(8 results)
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[Journal Article] Identifying the Molecular Adsorption Site of a Single Molecule Junction Through Combined Raman and Conductance Studies2019
Author(s)
S. Kaneko, E. Montes, S. Suzuki, S. Fujii, T. Nishino, K. Tsukagoshi, K. Ikeda, H. Kano, H. Nakamura, H. Vazquez, M. Kiguchi
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Journal Title
Chem. Sci.
Volume: 10
Issue: 25
Pages: 6261-6269
DOI
NAID
Related Report
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Control of Molecular Orientation in Single-Molecule Junction with Tripodal Triptycene Anchoring Unit: Toward Simple and Facile Single-Molecule Diode2019
Author(s)
S. Fujii, F. Ishiwari, Y. Komoto, L. Su ,Y. Yuto , Y. Yamagata, A. Kosaka, A. Aiba, T. Nishino, T. Fukushima, M. Kiguchi
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Journal Title
Jpn. J. Appl. Phys.
Volume: 58
Issue: 3
Pages: 35003-35003
DOI
NAID
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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