2018 Fiscal Year Research-status Report
Investigation on the appearance mechanism of single-molecular device functions
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17K05066
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
長岡 克己 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 主任研究員 (80370302)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 低仕事関数薄膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、単分子素子における、分子と電極の接合状態、接合分子の電子状態、そして、それらから予想される伝導特性の相関関係を明らかにすることである。これは単分子素子の研究における本質的な課題であるが、まだ、分子と電極の接合状態、接合分子の電子状態を実際に測定した報告例がない。そのため、詳細はよくわかっていない。
そして、これまで、単分子素子に有用な素子機能を出現させるためには、系の非対称性が機能創出の鍵と考え、Ｂｉ電極間に非対称分子を架橋する方針で研究を行ってきた。しかしながら、４個の炭素六員環がＹ字状に配列した、トリフェニレンの単分子架橋を仮定し、て、その伝導特性の計算を行った結果、この系に関しては、架橋分子の両端で大きく接合状態を変化させても、分子内に非対称な電子状態、特に、ＨＯＭＯ軌道とＬＵＭＯ軌道を空間的に分離させるほどの影響は出ないことが示された。
そこで、Ｈ３０年度は、電極材料として、他材料の検討を開始した。そして、その候補として、窒素添加ＬａＢ６薄膜を検討した。ＬａＢ６は低い仕事関数を有する材料として広く知られているが、これまで薄膜化することはできなかった。しかしながら、最近、ＲＦスパッタ堆積法によって、薄膜化する技術が開発された。その方法によって、作製した薄膜をＳＴＭで評価した。その結果、本材料は、低い仕事関数（2.35eV）と、高い化学的安定性（大気暴露後でも、５００℃で清浄化）、高い形状の自由度（ＲＦスパッタにより製膜可）を有することがわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
これまで、電極材料として、正負両極とも、Ｂｉを想定してきたが、理論計算の結果を踏まえて、電極材料の見直しを行った。その結果、窒素添加ＬａＢ６薄膜が、低い仕事関数と、高い化学的安定性、高い形状の自由度を有する薄膜であることを実証できた意義は大きい。
しかしながら、現在までのところ、単分子架橋の構築には至っておらず、「やや遅れている」と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では、分子ナノデバイスの新機能開拓を目指し、個々の分子の電子的特徴や、当該デバイスを構築するナノ構造の特性の利用を検討し、その実証を行う。
そこで、Ｈ３１年度は、分子から機能を引き出すための電極材料の見直しを行う。その候補として、窒素添加ＬａＢ６薄膜を検討する。本材料は、予備実験で、高い化学的安定性を示したが、その起源は、まだ、よく分かっていない。その起源解明を行うとともに、構造条件の最適化を行う。
高い化学的安定性の起源解明のために、試料の雰囲気（例えば、残留ガス・温度、等）を制御した環境で、電子状態・仕事関数・表面構造の変化を測定する。また、併せて、共用機器、等を活用し、構造解析を行う。
また、構造条件の最適化を行うために、膜厚（現状：20nm）や下地（現状：SiO2）を変化させて、電子状態・仕事関数・表面構造、化学的安定性の変化を測定する
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| Causes of Carryover |
Ｈ３０年度は、電極材料の見直しのために、文献調査と基礎実験が主となった。そのため、測定システムの改造、もしくは、新規システムの開発・導入を実施できなかったため、その相当額が持ち越しとなった。
当該助成金は、Ｈ３１年度助成金と合わせて、新規システムの購入に充当する。
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Research Products
(5 results)
