2014 Fiscal Year Annual Research Report
機能性４探針ＳＴＭによる分子の電子・スピン輸送特性の研究
| Project Area | Molecular Architectonics: Orchestration of Single Molecules for Novel Function |
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| Project/Area Number |
25110010
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
長谷川 修司 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (00228446)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
平原 徹 東京工業大学, 理工学研究科, 准教授 (30451818) [Withdrawn]
高山 あかり 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (70722338)
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| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| Keywords | 多探針走査トンネル顕微鏡 / 分子電気伝導 / スピン伝導 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
(1)Nickel Bis(dithiolene) Complex π-Nanosheetの単一フレークの電気伝導測定: この物質は「カゴメ格子」状の単分子層物質であり、２次元トポロジカル絶縁体の有機物シートとして理論的に予想されているが、本測定によって極めて高い電気伝導度を持つことが示され、その結果をJ. Am. Chem. Soc. 136, 14357－14360 (Sep, 2014) に出版することができた。従来は、多数のフレークをペレット状に固めた試料で電気伝導度を測定していたが、本研究では、単一フレークに４本の探針を接触させて電気伝導度を測定した。その結果、従来の値より一桁以上高いことが判明した。もし、この物質が２次元トポロジカル有機絶縁体であるのなら、この高い電気伝導度はエッジ伝導に起因していると思われる。さらに酸化還元によって値が変わることもわかった。酸化還元反応によって物質をトポロジカル物質からトリビアル物質に転移させている可能性がある。
(2) シリセンとグラフェンの極低温での量子伝導の測定：Ag(111)表面上に成長させた多層シリセン、およびSiC結晶表面上に成長させた２層グラフェンの電気伝導を１K前後の極低温で測定した。その結果、Ag金属表面上うにも関わらずシリセンの伝導が測定でき、弱局在が見られた。グラフェンでも同様の現象が見られ、電子電子散乱や電子格子散乱の情報が得られた。
(3) カーボンナノチューブ探針の作成：磁性金属でコーティングしたカーボンナノチューブSTM探針を作成し、STM動作を確認した。来年度では、この探針を用いて、スピン分解した電気伝導の測定を行う予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年行った４探針走査トンネル顕微鏡の走査電子顕微鏡（SEM）の高分解能化のための改造が完了し、今年度作成したカーボンナノチューブ探針（直径20 nm程度）を観察することができた。この探針は磁性薄膜でコーティングされているので、スピン分解した電気伝導の測定に極めて有用であり、平成２７年度には、それを活用した実験を行える。
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| Strategy for Future Research Activity |
磁性探針を装着した４探針走査トンネル顕微鏡を活用し、スピン依存の電気伝導も含めて、単原子層および単分子層構造の試料の電気輸送特性を測定していく。
(1) 本領域の他グループから提供された酸化グラフェンの測定を開始した。その結果と試料作成条件との関連を探る。酸化グラフェンはバンドギャップの開いた半導体的性質を持っているので、その特性は酸化状態に敏感に依存することが予想される。電気伝導度の温度依存性などが重要な情報をもたらすと期待される。
(2) ２層グラフェンにアルカリ金属をインターカレートすると電子格子相互作用が強くなり超伝導になることが光電子分光の測定から予想されているが、当研究室の「強磁場印加型ミリケルビンマイクロ４端子装置」を用いて、それを確かめ、超伝導特性を明らかにする。試料は東北大の高橋隆研から提供。
(3) カーボンナノチューブにパーマロイ薄膜をコーティングした磁性探針を用い、スピン依存電気伝導の測定を行う。試料として2次元トポロジカル絶縁体と予想されているNickel Bis(dithiolene) Complex π-Nanosheetの単一フレーク（西原グループ提供の試料）やBiバイレイヤーなどを用いる予定である。
(4) その他の有機・無機分子層試料や長鎖状分子試料を本領域の他グループから提供を受け、その伝導特性を測定する。
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