2018 Fiscal Year Annual Research Report
Utilization of chemical equilibrium toward dynamic single-molecule electronic devices
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17K17863
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
谷 洋介 大阪大学, 理学研究科, 助教 (00769383)
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2017-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 分子エレクトロニクス / 単分子素子 / 化学平衡 / 一分子計測 / アルキン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ひとつの有機分子でナノ電極を架橋した単一分子電子素子は、分子エレクトロニクスにおける最も基本的かつ重要な研究対象である。素子の電気伝導特性は分子の構造を反映するため、これまでに様々な電子機能を有する単分子素子が開発され、一方では１分子の構造と電気特性に関する理解が深まってきた。しかし従来、素子の電気特性は、分子構造が一意に安定した“静的”な状態で評価・議論されてきた。これに対し、分子構造や電気特性が時間的に変化する“動的”な系を構築・評価すれば、有用な動的特性を有する素子が開発でき、また、１分子の構造変化を観察するプローブになりうると期待される。
本研究では時間的にランダムな分子の構造変化と伝導特性の関係に注目し、主に、化学平衡にある１分子反応をブレークジャンクション（BJ）法と呼ばれる単分子計測技術を用いて評価することを試みた。その結果、いくつかの分子架橋について動的な電気特性のゆらぎを観測・評価することに成功した。今後はその起源を明らかにすることが課題になる。
平成29年度は、分子の設計・合成、およびBJ法による金－単分子－金架橋の形成と基礎的な伝導特性の評価を行った。いくつかの候補化合物の中で、エチニル基を分子の両末端に有する化合物が良好な基礎特性をしめした。電流―電圧特性を評価したところ、期待した非対称な伝導特性（整流性）を観測することにも成功した。一方、化学反応の起こらない条件下でも、電流値がランダムに時間変化することを見出した。平成30年度には、対照分子を合成・計測し、その起源を明らかにすべく検討を進めてきた。その結果、化学反応や配座の変化が起きる速度（１分子の場合には頻度）と架橋寿命に関し重要な知見を得ることに成功した。また偶然ながら、対称な構造を有する分子の整流特性や、エチニル基と金の接合に関する新規な伝導特性を見出すことができた。
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