金属電極に架橋した単原子・単分子の電子・熱・スピン輸送ダイナミクスの解明

• Project Area: Materials Design through Computics: Complex Correlation and Non-equilibrium Dynamics
• Project/Area Number: 25104710
• 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: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 木口 学 東京工業大学, 理工学研究科, 教授 (70313020)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥11,700,000 (Direct Cost: ¥9,000,000、Indirect Cost: ¥2,700,000); Fiscal Year 2014: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2013: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
• Keywords: 単分子接合 / 電子輸送特性 / 国際情報交換

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、単分子スイッチの開発に重点をおいて単分子接合の新規物性探索を行った。単分子スイッチに関する研究では、ピラジン分子を用いて実験を行った。単分子接合は極低温超高真空中おいて、Mechanically controllable break junction法を用いて白金線を破断することでナノギャップを作製し、作製したギャップに分子をトラップさせることで作製した。破断過程における電気伝導度変化からピラジン単分子接合が高伝導度、低伝導度の２つの異なる電気伝導度の状態を持つことが明らかとなった。そして、破断過程における接合の伝導度変化から、高伝導度、低伝導度の順に、単分子接合における金属電極間距離が増大していることも分かった。高伝導度、低伝導度領域において非弾性トンネル分光を適用したところ、それぞれ60 meVと30 meVのエネルギーを持つ振動モードを観測した。理論計算を組み合わせることで、高伝導度領域ではピラジン分子が結合軸方向に対して垂直に金属と結合しているのに対して、低伝導度領域では水平に結合していることが明らかとなった。続いて、機械的に電極間距離を変化させ、接合の伝導度を計測した。その結果、電極間距離を変えることで、単分子接合の伝導度を高伝導度、低伝導度と２つの間を可逆的にスイッチ出来ることが明らかになった。以上、機械的な摂動で動作する単分子スイッチの作製に今年度は成功した。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Temperature Dependence of the Thermopower and its Variation of the Au Atomic Contact (2014)
  • Author(s): R.Matsushita, S. Kaneko, S.Fujii, H. Nakamura, M.Kiguchi
  • Journal Title: Nanotechnology Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Extension of photopolymerization region from the nanoscale to the macroscopic scale using a chemically amplified photoresist (2014)
  • Author(s): R. Takahashi, S. Kaneko, S. Fujii, M. Kiguchi
  • Journal Title: Bulletin of the Chemical Society of Japan Volume: 印刷中 Issue: 2 Pages: 277-282
  • DOI: 10.1246/bcsj.20140243
  • NAID: 130004703939
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fabrication of Single Linear Aromatic Molecule Junction with High Formation Probability (2014)
  • Author(s): C. Liu, S. Kaneko, Y. Komoto, S. Fujii, M. Kiguchi
  • Journal Title: Appl. Phys. Exp Volume: 7 Issue: 10 Pages: 105201-105201
  • DOI: 10.7567/apex.7.105201
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Highly stable Au atomic contacts covered with benzenedithiol in ambient condition (2014)
  • Author(s): D. Murai, T. Nakazumi, S. Fujii, Y. Komoto, K. Tsukagoshi, C. Motta, M. Kiguchi
  • Journal Title: PCCP Volume: 16 Issue: 29 Pages: 15662-15666
  • DOI: 10.1039/c4cp01950d
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Metal atomic contacts under defined environmental conditions (2014)
  • Author(s): T. Nakazumi, D. Murai, K. Tsukagoshi, M. Kiguchi
  • Journal Title: Transactions of the Materials Research Society of Japan Volume: 39 Issue: 2 Pages: 225-229
  • DOI: 10.14723/tmrsj.39.225
  • NAID: 130005004331
  • ISSN: 1382-3469, 2188-1650
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Single molecular resistive switch obtained via sliding multiple anchoring points and varying effective wire length (2014)
  • Author(s): M. Kiguchi, T. Ohto, S. Fujii, K. Sugiyasu, S. Nakajima, M. Takeuchi, and H. Nakamura
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. Volume: 136 Issue: 20 Pages: 7327-7332
  • DOI: 10.1021/ja413104g
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Additive Electron Pathway and Non-additive Molecular Conductance by Using a Multipodal Bridging Compound (2014)
  • Author(s): M. Kiguchi, Y. Takahashi, S. Fujii, M. Takase, T. Narita, M. Iyoda, M. Horikawa, Y. Naitoh, H. Nakamura
  • Journal Title: J. Phys. Chem. C Volume: 118 Issue: 10 Pages: 5275-5283
  • DOI: 10.1021/jp4100262
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Investigation on the Pyrazine Molecular Junction Studied by Conductance Measurement and Near Edge X-ray Absorption Fine Structure (2013)
  • Author(s): Satoshi Kaneko, Manabu Kiguchi
  • Journal Title: Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures Volume: 22 Issue: 1-3 Pages: 166-172
  • DOI: 10.1080/1536383x.2013.798723
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Single Molecular Bridging of Au Nanogap using Aryl Halide Molecules (2013)
  • Author(s): Yuki Komoto, Shintaro Fujii, Kenji Hara, Manabu Kiguchi
  • Journal Title: J. Phys. Chem. C Volume: 117 Issue: 46 Pages: 24277-24282
  • DOI: 10.1021/jp404858x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Highly Conductive [3×n] Gold-Ion Clusters Enclosed within Self-Assembled Cages (2013)
  • Author(s): Kiguchi, M ; Inatomi, J ; Takahashi, Y ; Tanaka, R ; Osuga, T ; Murase, T ; Fujita, M ; Tada, T ; Watanabe S.
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: 52 Issue: 24 Pages: 6202-6205
  • DOI: 10.1002/anie.201301665
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Conductance and SERS Measurement of Benzenedithiol Molecules Bridging Between Au Electrodes (2013)
  • Author(s): R. Matsushita, M. Horikawa, Y. Naitoh, H. Nakamura, M. Kiguchi
  • Journal Title: Journal of Physical Chemistry C Volume: 117 Issue: 4 Pages: 1791-1795
  • DOI: 10.1021/jp3112638
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 単一分子接合の化学 (2013)
  • Author(s): 木口学
  • Organizer: 第7回分子科学討論会2013
  • Place of Presentation: 京都
  • Invited
• [Presentation] 振動分光による電極間の架橋した単分子のダイナミクスの研究 (2013)
  • Author(s): 木口学
  • Organizer: 日本表面科学会第76回表面科学研究会
  • Place of Presentation: 東京
  • Invited
• [Presentation] 単分子計測を利用した電子輸送過程の解明 (2013)
  • Author(s): 木口学
  • Organizer: 第3回CSJ化学フェスタ2013
  • Place of Presentation: 東京
  • Invited