2015 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | pi-System Figuration: Control of Electron and Structural Dynamism for Innovative Functions |
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| Project/Area Number |
26102013
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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, 理工学研究科, 教授 (70313020)
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| Project Period (FY) |
2014-07-10 – 2019-03-31
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| Keywords | 単分子伝導 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は主に金電極表面上におけるスマネン分子のスイッチング現象について研究を展開した。溶液中にて試料調整を行い超高真空STMを用いて計測を行った。まず、金表面上にスマネン分子膜を作製しSTM観測を行った。バイアス電圧に応じて、二種類の構造が観測された。それぞれの構造について、理論計算と組み合わせることで、基板に対する分子の配向、および基板に対する配列を決定することに成功した。さらに、tipを分子に近づけることで分子の基板に対する配向をスイッチングさせることにも成功した。スイッチング現象はバイアス電圧が小さい時に頻繁に観測された。これは従来の電流による構造変化によって説明できない新しい現象である。現在の所、バイアス電圧が小さい時にはtipと分子の距離が近くなり、機械的な力によって反転現象が観測されたと考えている。併せて理論計算を行うことで、反転に必要な活性化障壁がtipを分子に近づけると低減することが明らかとなり実験結果を再現する結果が得られている。
また、本年度は単分子接合の構造評価法の開拓も行った。具体的には光増強場を利用した表面増強ラマン散乱(SERS)と電気伝導度の同時計測装置を新たに構築した。電極を電子線微細加工で作製することで、単分子接合の安定性の向上、リーク電流の低減、電極の中空ブリッジに酸化物を使うことで、SERS計測で妨害となる蛍光シグナルの低減を行うなどの工夫を行い、BDT分子を用いて、世界で初めて単分子接合のSERS計測に成功した。I-V特性を解析し、金属と分子の波動関数の重なり（Coupling）、電極と分子軌道のエネルギーの差、伝導度と３つの情報を得た。並行して理論計算を行い、coupling, エネルギー差、伝導度と３つのパラメータを実験値と比較することで、吸着サイトを決定することができた。
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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
π造形分子であるスマネン分子を用いて、単分子スイッチという新たな機能を創出出来た。また、表面増強ラマンと電流ー電圧特性の同時計測により、今後作製する単一π造形システムに適用可能な単分子接合の構造解析法の開発に成功したから。
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| Strategy for Future Research Activity |
新学術領域内で開発されたπ造形分子を用いて、様々な単分子接合を作製し、その機能探索を強力に推し進める。併せて、今年度開発した分光法を用いて、作製した単分子接合における機能創出の機構を解明する。得られた結果を合成の研究者に還元することで、さらなる高機能化をはかる。
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[Journal Article] Site selection in single-molecule junction for highly reproducible molecular electronics2016
Author(s)
S. Kaneko, D. Murai, S. M. Gonzalez, H. Nakamura, Y. Komoto, S. Fujii, T. Nishino, K. Ikeda, K. Tsukagoshi, M. Kiguchi,
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Journal Title
J. Am. Chem. Soc.
Volume: 138
Pages: 1294-1300
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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