2015 Fiscal Year Annual Research Report
界面制御による新規単分子ダイオードの創製及びその電子状態の解明
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15J11830
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
小本 祐貴 東京工業大学, 大学院理工学研究科(理学系), 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2018-03-31
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| Keywords | 単分子接合 / 分子エレクトロニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究計画における初年度の計画は、単分子接合の電子状態計測システムとして電流-電圧(I-V)特性計測システムを構築することであった。今年度は当初の目標であったI-V計測システムに加えて、熱起電力計測システムの構築を行った。
I-V計測システムを構築し、単分子接合のモデル系である4-ベンゼンジアミン、ブタンジアミン、ベンゼンジチオール（BDT）単分子接合のI-V特性計測を行った。I-V計測システムは、STMの外部制御を自作のプログラムで行うことにより可能にした。これらの結果から、単分子接合の電子状態を定量的に評価することに成功した。BDTに関して得られた電子状態を理論計算と比較することにより、単分子接合の分子-金属界面の構造を決定した。
また、構築したI-V計測システムを用いてメシチレンの電子状態計測を行った。実験結果から分子のπ平面が電極に面して結合を形成すると考えられるメシチレン分子接合系では、カップリングが大きな値を示すことがわかった。分子を変えることにより、電極-分子間の結合様式が伝導に及ぼす寄与を実験的に明らかにした。
I-V計測測定に加えて温度制御、微小電流を測定可能な単分子接合の熱起電力測定の計測システムを構築した。熱起電力はI-V計測ではわからない伝導軌道の情報を与える。これまでに、BDTの熱起電力測定を行い、伝導軌道を実験的に確認した。熱起電力測定が可能になり、理論計算との比較において信頼性の高い比較を行えるようになった。
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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
本研究の目的は、I-V計測により電子状態を解明し、界面構造の差異に着目して整流特性の発現させることである。現在までにBDTのI-V計測及び熱起電力計測に成功し、単分子接合の電子状態を計測する手法を確立した。また、BDTの電子状態計測結果を理論計算と比較し、BDTの界面構造を決定したことは、単にI-V計測の技術を確立したのみでなく、界面構造の詳細な情報を得ることができたという点で重要な進歩である。
当初の計画通り、単分子接合の電子状態計測システムを構築することができ、おおむね順調に研究が進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
STM-BJ法により一定バイアス下における単分子接合の電気伝導度計測を行う。つづいて、単分子接合について電流―電圧特性を計測し、ダイオード特性を計測する。測定分子として、非対称なアンカー基の二置換ベンゼン、左右電極で分子、電極間の架橋構造が異なる1,4,5-ナフタレントリアミンを用いる。整流特性が観測された系については、開発した単分子接合の電子状態解析法を適用し、整流特性の発現機構の解明を行う。
整流比の大きいダイオード特性を示す分子、及びその誘導体の詳細な物性計測を行い、分子ダイオードとしての最適化を行う。誘導体として、電子求引基、電子供与基を置換させ、アンカー基の電子密度を変調させた分子の電流-電圧特性を計測する。新しく導入した置換基がアンカー基となっていないか調べるために、誘導体は、XPS測定を行い、金基板表面への吸着構造を決定する。また、金、白金、イリジウムなどの種々の金属を電極に適用することにより、金属電極の変調も行う。アンカー基の電子密度を変調し得られたデータ、アンカー基が非対称性である分子の電流-電圧特性から、分子ダイオードのモデルを検討し、整流特性の最適化を行う。
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