自律型液体ナノプロセスによる不揮発性金属ナノ粒子メモリの開発

• Project Area: Emergent Chemistry of Nano-scale Molecular System
• Project/Area Number: 21111515
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 是津 信行 大阪大学, 工学研究科, 助教 (10432519)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2010: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2009: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
• Keywords: 自己組織化 / ナノ粒子 / 不揮発性メモリ / メタルナノドット / 金属ナノドット / 低消費電力 / 多値メモリ

Research Abstract

本研究課題では、独自開発した自律型液体ナノプロセスによる金属ナノ粒子アレイの作製と、フローティングナノ粒子ゲートメモリへの応用について検討してきた。研究期間内に、同一平面内に仕事関数のことなる二種類以上の金属ナノ粒子を含むハイブリッドアレイを作製し、書き込みゲート電圧制御による多値化メモリの開発に挑戦することを目的とした。
平均粒径12nmの金ナノ粒子と5nmの白金ナノ粒子をそれぞれ合成した。それらの表面をクエン酸ナトリウムで修飾することにより、その表面電位を-40mV±3mVとした。ハイブリッドアレイの作製は、二段階成膜によりおこなった。はじめに、金ナノ粒子単層膜を成膜したのち、その間隙に白金ナノ粒子を充填することを考案した。
基板表面にアミノシランを単分子的に修飾することにより+25mVに帯電可能であったことから、独自開発した液体ナノプロセス装置を用いることにより、粒子径や形状、組成に依存することなく、3-200nmの各種金属ナノ粒子の集積が可能になった。白金ナノ粒子の集積密度は5.0x10^<11>/cm^2が得られた。粒子間には半径程度の空間が形成されていたことから、粒子間の静電反発力、粒子と基板間に静電引力のみを駆動力とした自己組織化集積構造の形成を示唆しており、ナノレベルの材料設計を反映した集積構造が得られた。
金ナノ粒子単層膜成膜後に、白金ナノ粒子の成膜をおこなった際、成膜時に金ナノ粒子が基板から脱離することがわかった。そこで、基板表面にアミノシランとナノ粒子を化学的に固定化することが可能なチオール基を分子末端に有するメルカプトシランを含む混合単分子膜を修飾した結果、二段階成膜時における金ナノ粒子の脱離を抑制し、隣接する金ナノ粒子間に形成されたナノ空間に白金ナノ粒子を充填することに成功した。

Research Products

• [Journal Article] Simple and Versatile Route to High Yield Face-to-face Dimeric Assembly of Ag Nanocubes and Their Surface Plasmonic Properties (2011)
  • Author(s): S.Uchida, A.Taguchi, M.Mitani, T.Ichimura, S.Kawata, K.Yamamura, N.Zettsu
  • Journal Title: Journal of Nanoscience & Nanotechnology Volume: 11 Pages: 2890-2896
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Porter protein-based versatile encapsulation/delivery system for selective nanoscale positioning of targeted gold nanoparticles (2011)
  • Author(s): B.Zheng, N.Zettsu, M.Fukuta, M.Uenuma, T.Hashimoto, K.Gamo, Y.Uraoka, I.Yamashita, H.Watanabe
  • Journal Title: Chemical Physics Letters Volume: 506 Pages: 76-80
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Enhanced Red-Light Emission by Local Plasmon Coupling of Au Nanorods in an Organic Light-Emitting Diode (2011)
  • Author(s): T.Tanaka, Y.Totoki, A.Fujiki, N.Zettsu, Y.Miyake, M.Akai-Kasaya, A.Saito, T.Ogawa, Y Kuwahara
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 4
  • NAID: 10028155297
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High-Resolution Projection Image Reconstruction of Thick Objects by Hard X-ray Diffraction Microscopy (2010)
  • Author(s): Y.Takahashi, Y.Nishino, R.Tsutsumi, N.Zettsu, E.Matsubara, K.Yamauchi, T.Ishikawa, T.Ishikawa
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 82
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Three-dimensional electron density mapping of shape-controlled nanoparticle by focused hard X-ray diffraction microscopy (2010)
  • Author(s): Y.Takahashi, N.Zettsu, Y.Nishino, R, Tsutsumi, E.Matsubara, T.Ishikawa, K.Yamauchi
  • Journal Title: Nano Letters Volume: 10 Pages: 1922-1926
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Enhanced fluorescence by surface plasmon coupling to Au nanoparticles in organic electroluminescence diode (2010)
  • Author(s): A.Fujiki, T.Uemura, N.Zettsu, M.Akai-Kasaya, A.Saito. Y.Kuwahara
  • Journal Title: Applied Physics Letters 96 Pages: 43367-43367
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High-Resolution Diffraction Microscopy Using the Plane-Wave Field of a Nearly Diffraction-Limited Focusing X ray (2009)
  • Author(s): Y.Takahashi, Y.Nishino, R.Tsutsumi, H.Kubo, H.Furukawa, H.Mimura, S.Matsuyama, N.Zettsu, E.Matsubara, T.Ishikawa, K.Yamauchi
  • Journal Title: Physical Review B 80 Pages: 54103-54103
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Self-organizing Dimer Formation of Silver Nanocubes through Face Selective Functionalization and Surface Plasmon
  • Author(s): S.Uchida, M.Mitani, T.Ichimura, A.Taguchi, S.Kawata, N.Zettsu
  • Journal Title: 2009 MRS Spring meeting Proceedings (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fabrication of discrete array of metallodielectric nanoshells controllable their surface plasmonic properties
  • Author(s): S.Uchida, K.Yamamura, N.Zettsu
  • Journal Title: Thin Solid Films (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Surface plasmonic properties of self-organized of silver nanocube dimers
  • Author(s): S.Uchida, K.Yamamura, N.Zettsu
  • Journal Title: Journal of Nanoscience and Nanotechnology (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Fabrication of Shape-controlled Metal Nanodot Array by Electrostatistically-driven Self-assembly as well as Their Charge Injection Properties (2011)
  • Author(s): N.Zettsu
  • Organizer: The Eleventh International Symposium on Biomimetic Materials Processing
  • Place of Presentation: Nagoya, JAPAN
  • Year and Date: 2011-01-25
• [Presentation] Autonomous liquid-phase nanoscale processing for the large-area fabrication of nanoparticle-based parallel device arrays (2010)
  • Author(s): N.Zettsu, S.Matsuura, A.Watanabe, K.Yamamura, T.Hosoi, H.Watanabe
  • Organizer: 2010 MRS Fall Meeting
  • Place of Presentation: Boston, USA
  • Year and Date: 2010-12-02
• [Presentation] Ferritin protein-base versatile encapsulation/transport system for selective nanoscale positioning of targeted plasmonic Au nanoparticles (2010)
  • Author(s): T.Hashimoto, B.Zheng, N.Zettsu, M.Fukuta, M.Uenuma, Y Uraoka, I.Yamashita, H.Watanabe
  • Organizer: 2010 MRS Fall Meeting
  • Place of Presentation: Boston, USA
  • Year and Date: 2010-12-02
• [Presentation] Fabrication of Shape Controlled Metal Nanodot Arrays by Autonomous Liquid-phase Nanoscale Processing as well as Their Charge Injection (2010)
  • Author(s): N.Zettsu, S.Matsuura, A.Watanabe, K.Yamamura, T.Hosoi, H.Watanabe
  • Organizer: Third International Symposium on Atomically Controlled Fabrication Technology
  • Place of Presentation: Osaka, JAPAN
  • Year and Date: 2010-11-24
• [Presentation] 自律型自己組織化液体ナノプロセスの開発 (2010)
  • Author(s): 是津信行, 松浦晋, 渡邊暁, 細井卓治, 山村和也
  • Organizer: 2010年度精密工学会秋季大会学術講演会
  • Place of Presentation: 名古屋,日本
  • Year and Date: 2010-09-27
• [Presentation] 自律型液体ナノプロセスを用いたメタルナノドットの高密度集積化と高機能性フローティングナノドットメモリの開発 (2010)
  • Author(s): 松浦晋, 渡辺暁, 細井卓治, 渡部平司, 山村和也, 是津信行
  • Organizer: 2010年秋季 応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎,日本
  • Year and Date: 2010-09-14
• [Presentation] フェリチンタンパク質を用いた基板上への金ナノ粒子の選択配置とそのプラズモニック特性 (2010)
  • Author(s): 橋元達也, 鄭彬, 是津信行, 福田めぐみ, 山下一郎, 浦岡行治, 渡部平司
  • Organizer: 2010年秋季 応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 長崎,日本
  • Year and Date: 2010-09-14
• [Presentation] 液体ナノプロセスを用いたメタルナノドットの高密度集積化と高機能性フローティングナノドットメモリの開発 (2010)
  • Author(s): 松浦晋, 斎藤正太, 山村和也, 是津信行
  • Organizer: 2010年度精密工学会秋季大会学術講演会
  • Place of Presentation: 京都,日本
  • Year and Date: 2010-05-28
• [Presentation] 自律型液体ナノプロセスによる不揮発性金属ナノ粒子メモリの開発 (2010)
  • Author(s): 是津信行, 内田修平, 斉藤正太, 松浦晋, 永野修作
  • Organizer: 分子ナノシステムの創発化学 第1回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: キャンパスプラザ京都、京都市
  • Year and Date: 2010-02-05
• [Presentation] 近赤外光応答局在表面プラズモンセンサーの開発 (2010)
  • Author(s): 内田修平, 是津信行
  • Organizer: 分子ナノシステムの創発化学 第1回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: キャンパスプラザ京都、京都市
  • Year and Date: 2010-02-05
• [Presentation] Fabrication of Non-volatile Au Nanoparticle Memory by Precisely Controlled Colloidal Self-Assembly (2009)
  • Author(s): S.Saito, S.Matsuura, T.Hosoi, H.Watanabe, N.Zettsu
  • Organizer: 第19回日本MRS学術シンポジウム
  • Place of Presentation: 横浜市開港記念会館、横浜市
  • Year and Date: 2009-12-07
• [Presentation] Fabrication of discrete array of metallodielectric nanoshells controllable their surface plasmonic properties (2009)
  • Author(s): S.Uchida, K.Yamamura, N.Zettsu
  • Organizer: 第19回日本MRS学術シンポジウム
  • Place of Presentation: 横浜市開港記念会館、横浜市
  • Year and Date: 2009-12-07
• [Presentation] Non-volatile memory applications in a 12 run-sized Au nanoparticle array fabricated by precisely controlled colloidal self-assembly (2009)
  • Author(s): S.Saito, T.Hosoi, H.Watanabe N.Zettsu
  • Organizer: Second International Symposium on Atomically Controlled Fabrication Technology
  • Place of Presentation: Nakanoshima center, Osaka
  • Year and Date: 2009-11-25
• [Presentation] Fabrication of discrete array of metallodielectric nanoshells controllable their surface plasmonic properties (2009)
  • Author(s): S.Uchida, K.Yamamura, N.Zettsu
  • Organizer: Second International Symposium on Atomically Controlled Fabrication Technology
  • Place of Presentation: Nakanoshima center, Osaka
  • Year and Date: 2009-11-25
• [Presentation] Fabrication of non-close packed periodic polymer nanoparticle arrays controllable their structural parameters (2009)
  • Author(s): N.Zettsu, S.Uchida, K.Yamamura
  • Organizer: 3rd International Conference of Asian Society for Precision Engineering and Nanotechnology
  • Place of Presentation: Station hotel Kokura, Kokura
  • Year and Date: 2009-11-11
• [Presentation] 液体ナノプロセスによる金属ナノドットアレイ作製技術の開発 (2009)
  • Author(s): 斉藤正太, 細井卓治, 渡部平司, 是津信行
  • Organizer: 第70回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 2009-09-08
• [Presentation] Fabrication of non-close packed periodic polymer nanoparticle arrays controllable their structural parameters (2009)
  • Author(s): S.Uchida, K.Yamamura, N.Zettsu
  • Organizer: 22nd Symposium on Plasma Science for Materials
  • Place of Presentation: Tokyo University
  • Year and Date: 2009-06-15
• [Presentation] 近赤外応答プラズモニックナノ粒子の開発 (2009)
  • Author(s): 是津信行
  • Organizer: 東海高分子研究会講演会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2009-04-15
• [Presentation] Non-volatile Au Nanoparticle Memory Applications Enabled by Preciously Controlled Colloidal Self-assembly (2009)
  • Author(s): S.Uchida, S.Saitoh, T.Hosoi, H.Watanabe, N.Zettsu
  • Organizer: 2009 MRS Spring Meeting
  • Place of Presentation: Hynes Convention Center, San Francisco, CA, USA
  • Year and Date: 2009-04-13
• [Presentation] The Discrete Polystyrene-gold Core-shell Nanoparticles Array and Their Surface Plasmonic Properties (2009)
  • Author(s): N.Zettsu, S.Uchida, K.Yamamura
  • Organizer: 2009 MRS Spring Meeting
  • Place of Presentation: Hynes Convention Center, San Francisco, CA, USA
  • Year and Date: 2009-04-13
• [Presentation] Self-organizing Dimer Formation of Silver Nanocubes through Face Selective Functionalization and Surface Plasmon Coupling at Its Fractal Junction (2009)
  • Author(s): S.Uchida, M.Mitani, T.Ichimura, A.Taguchi, S.Kawata, N.Zettsu
  • Organizer: 2009 MRS Spring Meeting
  • Place of Presentation: Hynes Convention Center, San Francisco, CA, USA
  • Year and Date: 2009-04-13
• [Book] ナノ結晶の成長と新機能 (2011)
  • Author(s): 是津信行(共著)
  • Total Pages: 10
  • Publisher: 日本結晶成長学会
• [Remarks]
  • URL: http://www.dma.jim.osaka-u.ac.jp/kg-portal/aspi/RX0011D.asp?UNO=15041
• [Remarks]
  • URL: http://www.dma.jim.osaka-u.ac.jp/kg-portal/aspi/RX0011D.asp?UNO=15041
• [Patent(Industrial Property Rights)] 金属ナノ粒子の選択配置方法 (2010)
  • Inventor(s): 浦岡行治, 山下一郎, 鄭彬, 渡部平司, 是津信行
  • Industrial Property Rights Holder: 奈良先端大学
  • Industrial Property Number: 2010-134731
  • Filing Date: 2010-06-14
• [Patent(Industrial Property Rights)] 有機電界発光素子、および有機電界発光素子の製造方法 (2010)
  • Inventor(s): 是津信行, 桑原裕司, 植村隆文, 藤喜彩, 田中琢也, 赤井恵
  • Industrial Property Rights Holder: 大阪大学
  • Industrial Property Number: 2010-134731
  • Filing Date: 2010-06-14
• [Patent(Industrial Property Rights)] 半導体記録素子製造方法 (2009)
  • Inventor(s): 是津信行、細井卓治、山村和也
  • Industrial Property Rights Holder: 大阪大学
  • Industrial Property Number: 2009-178350
  • Filing Date: 2009-07-30