2016 Fiscal Year Research-status Report
光電荷分離により駆動する脳型分子ネットワーク回路の創成
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16K13667
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
松本 卓也 大阪大学, 理学研究科, 教授 (50229556)
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2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 分子エレクトロニクス / 光励起電子移動 / 分子ネットワーク / 確率共鳴 / ナノ電極 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
２８年度は、ルテニウム錯体に注目して、研究を進めた。ルテニウム錯体は化学的に安定で、優れた光電変換機能を持つことが知られている。まず、ルテニウム錯体単一分子の電気特性計測を行った。二つの実験を進めた。第一の実験は、傾斜蒸着法で作製した100nmの間隔を持つギャップ電極に、Ru錯体の自己組織化膜を形成し、ギャップ間に直径150nmの金微粒子を落とし込むことで、ナノギャップ電極と金微粒子の間に、Ru錯体をはさんだ、極めて点接触に近い接合を形成した。その結果、1.2eVに再現性良く急峻な立ち上がりを示す電流－電圧特性を得た。電気伝導は、ほとんど温度特性を示さず、室温から10Kまで変化しないことから、Ruの分子準位を経由するトンネル伝導であると結論した。
第二の実験は、ケルビンフォース顕微鏡を用いて、Ru錯体の分子軌道と金属分子とのアライメントを明らかにした。ケルビンフォース顕微鏡で大きな電位の違いがみられなかったので、金属表面からRu錯体への電子移動はほぼないことが明らかになった。
以上の実験により、Ru錯体と電極との電子状態のアライメントが明確になったので、光照射の実験を行った。その結果、上部電極として用いた金微粒子の隙間でのみ、光による反応が見られた。分子準位の直接的な励起断面積を考えると、ナノデバイスのような少数分子系において、光照射による電流変化を直接検出するのは困難である。金微粒子間の窪みにおけるプラズモン電場増強が働いたと考えると理解できる。
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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
２８年度は、分子ネットワークの駆動エネルギーを光励起によって得るために必要な情報を集めた。色素分子の準位を経由したトンネル伝導を明確に示すことに成功した。これは、金属電極から色素分子の特定の軌道への電子注入が可能であることを示している。さらに、ケルビンプローブ顕微鏡を用いたポテンシャル測定と組み合わせて、光励起による電子エネルギー伝達のダイアグラムが作成可能となった。これは、光による分子ネットワークへのエネルギー注入をデザインすることが可能になったことを示している。従って、研究は順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
２８年度の研究結果を受けて、色素分子を直接励起するのではなく、金微粒子によるプラズモン励起を光エネルギー捕集のアンテナとして用いる方針に変更する。プラズモン吸収により生じた双極子により、色素分子に電子注入が可能になれば、光エネルギーにより、分子系を駆動することが可能となる。またプラズマ吸収によるホットエレクトロンを分子系に導く考え方も可能である。
最終的には、神経回路を模したネットワーク系を光励起エネルギーにより駆動するのが目的である。しかし、挑戦萌芽研究の中では、単一分子系に近い、シンプルな取り扱いと理解が可能な系で研究を進める。具体的には、金微粒子をナノギャップ電極に落とし込むことによる擬点接触デバイス、点接触電流画像化原子間力顕微鏡（PCI-AFM）による伝導特性計測を行う。
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| Causes of Carryover |
年度末に予定していた旅費が、急に他経費で手当てされることになった。
年度末に予定していた物品費が、急に他経費で手当てされることになった。
年度末に予定していた人件費が、本人の急な事情により業務中止となった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
前年度の研究で良い成果が得られたため、予定より多くの論文を出版する。出版経費、英文添削費用として使用する。また、本研究の前年度の成果により国際会議より招待を受けたので、その旅費に充てる。さらに、研究を発展させるための消耗品に利用する。
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