2014 Fiscal Year Annual Research Report
局在分子スピン操作のための外場制御型パイ造形の理論的設計
| Project Area | pi-System Figuration: Control of Electron and Structural Dynamism for Innovative Functions |
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| Project/Area Number |
26102017
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
多田 朋史 東京工業大学, 元素戦略研究センター, 准教授 (40376512)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
南谷 英美 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (00457003)
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| Project Period (FY) |
2014-07-10 – 2019-03-31
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| Keywords | 分子スピン / π伝導チャネル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、π電子の多彩な特性をデバイス構造の上でロバストに保持･観測し、微視的情報の集積体として利用するための基盤技術をπ造形科学の観点から確立するための理論研究である。平成２６年度は、π伝導チャネルとしてグラフェンナノリボン一次元ワイヤーを中心に検討を行った。個々のグラフェンナノワイヤーを絶縁化するためのBN絶縁性ワイヤーとの複合体の電子状態について検討を行い、グラフェンナノワイヤーとBNワイヤーとのストライプ構造によりπ伝導チャネルの基本設計が完了した。しかしながら、ストライプ構造の精密な集積秩序の保持（合成）に難点が存在することと、個々のグラフェンナノワイヤー（π伝導チャネル）間が電気的に完全に孤立した状態と、電気的に接続されている状態とのスイッチングも必要となるため、これらの課題に関しては次年度以降に残された研究テーマである。
一方、分子が保持しうる情報源として想定している分子スピンの設計にも着手した。分子スピンを情報源として利用する場合、その量子力学的自由度を利用することで量子計算機への展開が期待される。この場合、情報（スピン）の操作に関しては、外場（電場･磁場）を利用した手法が可能となるが、その情報の読み出しには大きな困難が伴う。平成２６年度は、単一電子トンネリングを利用した読み出しと、励起状態からの発光を利用した読み出しについて検討を行い、後者について基底三重項分子の探索を行い、いくつかのπ電子系分子に関して可能性を検討した。
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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
分子スピンを操作･読み出しを行うべき情報源として想定し、そのために必要な伝導πチャネル造形を実行した結果、理想的なπチャネルの理論設計は完了したが、実際の合成における精密合成という意味においての難点が残った。よって合成プロセスも含めた理論提案を行うべきであるため、πチャネルの設計はまだ完全には完了していない。一方、伝導πチャネルは情報読み出しにて、伝導電子を利用した読み出し法を想定しているためであり、伝導電子を利用しない読み出し法であれば、伝導πチャネルは不要となる。そこで、励起三重項状態からの発光を利用した分子設計にも着手した。この内容は、当初想定していなかった方向性であり、最初に述べたπ伝導チャネル設計の難点を回避できる指針であるため全体としては当初の計画通りに研究が進行していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
「スピン情報読み出しとして伝導電子を利用」
１－１：グラフェンナノワイヤーとBNワイヤーとのストライプ構造によるπ伝導チャネル生成に関して、その合成プロセスも含めたうえで必要となる精密構造の実現可能性について第一原理計算を用いて実行する。
１－２：ストライプ上に分子スピンを配置することになるが、その際、基盤等からの熱的ゆらぎによる情報ゆらぎを克服する必要があり、この点について必要となる造形指針を提案する。
「スピン情報読み出しとして発光を利用」
２－１：励起三重項状態からの発光を利用した分子設計を継続して行う。
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