雑音発生装置を組み込んだナノカーボン材料多形路確率共鳴素子の開発

• Project Area: Molecular Architectonics: Orchestration of Single Molecules for Novel Function
• Project/Area Number: 26110518
• 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: 赤井 恵 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (50437373)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2015: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2014: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: 分子エレクトロニクス / カーボンナノチューブ / 単分子 / 雑音 / 確立共鳴 / 確率共鳴 / 分子素子

Outline of Annual Research Achievements

電極間に架橋された単一SWNT素子にProtoporphyrin (PP), Zn-protoporphyrin (ZnPP), Phosphomolybdic acid (PMo12) の3種類の分子を修飾させ、SWNTを流れる直流電圧に、2状態間を遷移する離散的なRTS雑音が発生することを見出した。遷移頻度が低いPP分子のような場合は明らかな2状態が見られるが、遷移頻度の高いPMo12分子では、SWNT素子電流と分子修飾素子電流の違いは見分けがつきにくい。しかしながら一定時間の電流ヒストグラムからは分子修飾素子電流は明らかな2つのピークを示しており、その違いは明らかであった。
また、電流雑音の周波数特性評価、即ちパワースペクトル密度計測行ったところ、RTS雑音に対応するローレンツ型の依存性スペクトルが現れた。RTS雑音およびローレンツ型スペクトルは分子が吸着したときのみに観察されたことから分子由来であることが明らかである。これまでのCMOS研究によりRTS雑音はトラップサイトにおける一電子補足と放出といった一電子事象であることが示されている。また、パワースペクトラムにおけるローレンツ型ピークは、RTSが明確に電流－時間信号に認識できない分子修飾素子においても８割以上という高い確率で観察された。またローレンツスペクトラムの限界周波数特値は分子によって明確な違いを見せている。複数の素子に対し、CNT+PP：67.7±17.3 Hz、CNT+ZnPP：539.4±5.4 Hz、CNT+PMo12 ：755.9±29.4 Hz、のように非常に狭い範囲で現れており、分子固有の酸化還元エネルギーのような物理量を反映していると考えられるが、吸着状態等その他の要因が強く関与している可能性も否定出来ない。
計測は室温において行われており、素子に使われたSWNTは半導体で、大部分がｐ型特性を強く示す為、十分なエネルギーを持った電子が比較的安定な分子の負の一価帯電状態を作り出し、放出されることで発生していると考えている。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Nanoscale analysis of multiwalled carbon nanotube by tip-enhanced Raman spectroscopy (2016)
  • Author(s): Songpol Chaunchaiyakul, Takeshi Yano, Kamonchanok Khoklang, Pawel Krukowski, Megumi Akai-Kasaya, Akira Saito, Yuji Kuwahara
  • Journal Title: Carbon Volume: 99 Pages: 642-648
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2015.12.090
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Detection of Light Emission from (S）－PTCDI Molecules Adsorbed on Au(111) and NiAl(110) Surfaces Induced by a Scanning Tunneling (2016)
  • Author(s): Songpol Chaunchaiyakul,Megumi Akai-Kasaya, Akira Saito, Yusuke Miyake, Mitsuhiro Katayama, and Yuji Kuwahara
  • Journal Title: Journal of Physical Chemistry C Volume: 120 Issue: 7 Pages: 3964-3977
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.5b12313
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Coulomb-blockade transport in two-dimensional conductive polymer monolayer (2015)
  • Author(s): M. Akai-Kasaya, Y. Okuaki, S. Nagano, T. Mitani and Y. Kuwahara,
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 115 Issue: 19 Pages: 196801-196802
  • DOI: 10.1103/physrevlett.115.196801
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Self-Assembly Formation of M-Type Enantiomer of 2,13-Bis(hydroxymethyl)[7]-thiaheterohelicene Molecules on Au(111) (2015)
  • Author(s): Songpol Chaunchaiyakul, Pawel Krukowski, Takuro Tsuzuki, Yuto Minagawa, Megumi Akai-Kasaya, Akira Saito, Hideji Osuga, and Yuji Kuwahara
  • Journal Title: Journal of Physical Chemistry C Volume: 119 Issue: 37 Pages: 21434-21442
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.5b04961
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Advantages of flattened electrode in bottom contact single-walled carbon nanotube field-effect transistor (2014)
  • Author(s): A. Setiadi, *M. Akai-Kasaya, A. Saito, and Y. Kuwahara
  • Journal Title: Appl. Phys. Lett. Volume: 105 Issue: 9 Pages: 93506-93506
  • DOI: 10.1063/1.4893748
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 単分子吸着によって発現する カーボンナノチュブ素子におけるランダムテレグラフシグナルノイズ (2016)
  • Author(s): 藤井逸人,Agung Setiadi,赤井 恵,葛西誠也,金井康,松本和彦,桑原裕司
  • Organizer: 2016年第63回応用物理学会春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東京工業大学大岡山キャンパス
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] Coulomb-blockade in low-dimensional organic conductive polymer (2016)
  • Author(s): M Akai-Kasaya, Y Okuaki, S Nagano1, T. Mitani2 and Y Kuwahara
  • Organizer: Symposium on Surface Science (3S*16)
  • Place of Presentation: St. Christoph in St. Anton am Arlberg, Austria
  • Year and Date: 2016-02-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Molecular Characterization using Current Noise Measurement of Carbon Nanotube Device (2016)
  • Author(s): M. Akai-Kasaya, A.Setiadi, H. Fujii, S. Kasai, Y. Kanai, K. Matsumoto, Y. Kuwahara
  • Organizer: The Symposium on Surface and Nano Science 2016 (SSNS’16)
  • Place of Presentation: Furano Hokkaido Japan
  • Year and Date: 2016-01-13
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Molecular Characterization using Current Noise Measurement of Carbon Nanotubes Device (2015)
  • Author(s): Agung Setiadi, Hayato Fujii, Megumi Akai-Kasaya, Seiya Kasai, Yasushi Kanai, Kazuhiko Matsumoto, Yuji Kuwahara
  • Organizer: Pacifichem 2015
  • Place of Presentation: Honolulu, Hawaii
  • Year and Date: 2015-12-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Coulomb-blockade transport in low-dimensional conjugated conductive polymers (2015)
  • Author(s): Megumi Akai-Kasaya1, S Nagano, T. Mitani and Y Kuwahara
  • Organizer: Pacifichem 2015
  • Place of Presentation: Honolulu, Hawaii
  • Year and Date: 2015-12-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Molecular characterization using current noise measurement of carbon nanotube device (2015)
  • Author(s): M. Akai-Kasaya, A.Setiadi, H. Fujii, S. Kasai, Y. Kanai, K. Matsumoto, Y. Kuwahara
  • Organizer: 13th European Conference on Molecular Electronics (ECME)
  • Place of Presentation: Strasbourg, France
  • Year and Date: 2015-09-01
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Molecular noise sources incorporated into carbo nanotube circuits aiming the emergence of collective stochastic rsonance (2015)
  • Author(s): Megumi Akai-Kasaya, Agung Setiadi, Hayato Fujii, Seiya Kasai, Yasushi Kanai, Kazuhiko Matsumoto, Yuji Kuwahara
  • Organizer: International workshop on molecular architectonics 2015
  • Place of Presentation: Shiretoko Grand Hotel "Kita-Kobushi", Shiretoko, Japan
  • Year and Date: 2015-08-03
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Synaptic Functions of Electro-polymerization Micro/nano Wiring System Using in Artificial Neural Network (2015)
  • Author(s): D. N. Tuan, M. Akai-kasaya, T. Asai, A. Saito, Y. Kuwahara
  • Organizer: American Physics Society
  • Place of Presentation: APS- March 2015 USA
  • Year and Date: 2015-03-02 – 2015-03-05
• [Presentation] GaAsナノワイヤFETおよびカーボンナノチューブ素子の電流雑音特性 (2015)
  • Author(s): 井上慎也、葛西誠也、アグン セティアディ、赤井恵
  • Organizer: 電子情報通信学会シリコン材料デバイス・電子デバイス合同研究会
  • Place of Presentation: 北海道大学、札幌
  • Year and Date: 2015-02-05 – 2015-02-06
• [Presentation] Coulomb brocade transport in two dimensional organic polymer layer (2014)
  • Author(s): M. Akai-Kasaya, Y. Kuwahara
  • Organizer: International Symposium on the Functionality of Organized Nanostructures
  • Place of Presentation: Miraikagakukan Tokyo
  • Year and Date: 2014-11-16 – 2014-11-17
• [Presentation] Single-walled carbon nanotube devices exhibiting collective stochastic resonance (2014)
  • Author(s): M. Akai-Kasaya, A. Setiadi, T. Asai, Yuji Kuwahara
  • Organizer: International Symposium on Nonlinear Theory and its Applications
  • Place of Presentation: KKL Luzern Switzerland
  • Year and Date: 2014-09-13 – 2014-09-15
  • Invited
• [Presentation] Molecular Neuromorphic Learning Systems Consisting of Synaptic Devices on High-conductive Polypyrrole Films (2014)
  • Author(s): M. Akai-Kasaya, S.Yamamoto, T. Asai and Y. Kuwahara
  • Organizer: CMOS Emerging Technologies Research conference
  • Place of Presentation: Minatec in Grenoble, France
  • Year and Date: 2014-07-07 – 2014-07-09
  • Invited