2020 Fiscal Year Research-status Report
金ナノ粒子接合を利用した並列回路分子における軟X線誘起電子移動
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20K05420
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
和田 真一 広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 准教授 (60304391)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 非接触導電性計測 / 内殻励起 / 共鳴オージェ電子分光 / Core-hole clock法 / 自己組織化単分子膜（SAM） / 金ナノ粒子 / パルスレーザーアブレーション法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
軟Ｘ線を用いた内殻電子励起によって、原子レベルで局所的に電荷を発生させることができる。そしてその電荷の緩和は、オージェ崩壊の変化として計測できる。申請者は、このような内殻励起による反応ダイナミクスを解析することで、有機分子の導電性を評価し得ることを見出した。そこで本申請研究では、電極間に接合した分子デバイスをモデル化した系として、中間に軟Ｘ線吸収部位をもつ分子で金ナノ粒子間を架橋した「ナノ粒子接合分子」の内殻励起共鳴オージェ電子分光によるcore-hole clock（CHC）計測を目指す。
令和2年度は、均一な金ナノ粒子の合成とチオール分子修飾を実施した。分子修飾を行うためには先ず分子被覆のない金ナノ粒子を用意する必要がある。そこで本研究では、金基板の液中パルスレーザーアブレーション法でナノ粒子を合成することにした。水またはエタノール中に設置した金基板に近赤外もしくは緑色パルスレーザーを照射することで被覆のない金ナノ粒子を合成することに成功した。波長や強度、繰返し等の諸条件を整えることで、6nm程の均一なナノ粒子合成手法を確立した。そしてこのナノ粒子分散液とチオール溶液とを高速撹拌しながら混合することで、金－硫黄結合による分子吸着したナノ粒子を合成した。これら合成した金ナノ粒子の形状分布は、電子顕微鏡によって評価した。
次に、ナノ粒子の遠心濃縮・拡散によって高効率でシリコン基板上に分子修飾した金ナノ粒子を固定化する手法を確立した。この基板固定化試料を用いることでHiSOR BL-13で軟Ｘ線吸収測定を実施し、金平板上に分子吸着したチオール分子（自己組織化単分子膜： SAM）とのスペクトル形状および偏光依存特性の違いから試料評価を行った。更に同ビームラインでオージェ電子分光計測も実施し、CHC解析を実施した。以上のように本研究を実施するための基盤技術を確立することができた。
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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
初年度は本研究の基軸となる金ナノ粒子について、本研究に適した状態で独自に合成・調達するための環境整備ならびに合成条件を確立し、そして合成したナノ粒子の評価を実施することができた。分子被覆されていない裸の金ナノ粒子を均一なサイズで高濃度に用意する基盤を完成させたことは、今後の継続研究にとって十分な成果であると考えている。
加えてナノ粒子へのチオール分子修飾やそのリンス作業、そして遠心濃縮による基板固定化技術も確立することができた。これにより、HiSORのビームラインBL-13で試料基板作成後すぐに測定する環境を整えることができた。
またCHC計測については、イオン化しきい値前後でのπ*およびσ*内殻共鳴励起状態でオージェ電子分光計測を精密に行った。共鳴オージェ強度と正常オージェ強度の分岐比からナノ粒子系でも電子移動速度を評価し得ることを見出した。
以上のようにこの1年間での本研究での基板技術の確立から、本研究の進捗状況は適正に進展していると評価できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は次のステップとして、修飾分子にジチオール分子を用意し、金ナノ粒子に架橋する手法の確立へ研究を進めていく。そして、合成した分子接合ナノ粒子を極端に凝集させずにシリコン基板上に固定化させる手法の確立に取り組む。主にスピンキャスト法かLangmuir-Blodgett（LB）法、もしくは移流集積法を試すことで最良の固定化手法を確立する。
以上の分子接合した金ナノ粒子の合成および固定化法が確立できれば、後は順次放射光計測を実施していくことになるが、HiSOR BL-13での吸収分光、電子分光計測は我々の研究グループによって技術的に確立しているので、問題なく実施できる予定である。
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| Causes of Carryover |
合成したナノ粒子のその場評価に可視吸収測定システムの導入を検討していたが、デモ機を使用した種々の調査・検討の結果、当初導入予定の該当機種の性能が利用条件を満たさないことが判明し、購入を見合わせる判断に至った。その後も機種選定は継続しており、早急に導入を進める予定である。
またコロナ禍での学会開催の中止やオンライン化に伴い、当初に予定していた出張旅費の使用が大幅に減った。研究成果の公表の場として、今後の学会発表旅費として使用を予定している。
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