2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of organic spintronics devices through precise synthesis of helical polymers
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21KK0084
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
西村 達也 金沢大学, 物質化学系, 准教授 (00436528)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
DAS SANDIP 金沢大学, ナノ生命科学研究所, 特任助教 (00873407)
谷口 剛史 金沢大学, 薬学系, 助教 (60444204)
前田 勝浩 金沢大学, ナノ生命科学研究所, 教授 (90303669)
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| Project Period (FY) |
2021-10-07 – 2025-03-31
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| Keywords | スピントロニクス / らせん高分子 / リビング重合 / ポリフェニルアセチレン / ポリジフェニルアセチレン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
技術の進歩によりスピントロニクスの研究が盛んに行われるようになった。スピン電子はスピン角運動量の自由度をもち、上向きと下向きの2種類存在する。それらは鏡像関係にあるため、キラルな化合物中を通り抜ける際に、どちらか一方のスピンが偏って移動する。これはキラル分子によるスピン偏極現象(CISS)効果として Naaman教授らによって報告された(Science, 2011)。この報告を突破点として、いくつかの生体高分子を用いる有機スピントロニクス研究が開始されている。一方向巻きのらせん状生体分子に対して電場を印加すると、一方のスピンが優先的に移動する。しかし、精密に分子設計された有機化合物を用いる研究はほとんど無く、CISS効果の全容解明には有機分子の多様化が必要である。有機物はスピン軌道相互作用が小さいため、スピン偏極素子の材料としては注目されてこなかったが、これは分子設計に大きな制限があったためであり、本研究ではこの問題を解決し有機スピン偏極素子の実用化を目指す。我々は最近、末端官能基化らせん高分子の精密合成法の開発に成功した。本共同研究では、我々が独自に開発したらせん高分子の精密合成法を用いて、スピン偏極を増幅する効果的な主鎖構造や機能部位の配列制御を見出し、CISS効果の全容解明のための基礎科学をCISS効果の提唱者でこの分野を牽引するNaaman教授と共同してキラルな有機分子によるスピン偏極効果の本質を理解し、新しい高スピン偏極有機デバイスの創製を目指す。
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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
本共同研究は3つの研究テーマを４人の研究者による日本グループとイスラエルNaamanらとの共同研究体制で進め、実用レベルの素子の開発に向け、精密合成技術とデバイス作製・測定開発、および有機デバイスならではの動的機能の実現を目指している。1) CISS効果の効率的な分子構造の設計（谷口・西村）、2) 動的らせん高分子を用いるスピン偏極デバイスの高機能化（西村・ダス・Naaman）、3) スピン偏極電流によるらせん構造の制御（前田・西村・Naaman）が受けもつ。
本年度はCISS効果の効率的な分子構造の設計を行った。基板に対して垂直にらせん高分子を配列する必要があるため、片末端に金基板と結合する官能基を付ける、もしくは、金の表面から表面開始重合によりらせん高分子を生やすことを目指した。最近報告したポリフェニルアセチレン類の精密合成方法を駆使して、金基板から高分子を生やしたところ、約120nmのポリマー層が基板上に形成した。得られた高分子を国際郵便でイスラエルに送りデバイスの作製を行った。興味深い事に、磁場中ではらせん構造のキラリティーを反映して吸着するスピードが変化している事を発見することができた。この発見を詳細に調べるため、末端に蛍光を有する官能基を導入した物をあらたに合成し、成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度に発見した磁場中における、らせん高分子の吸着速度の違いについてより詳細に調べるため、基板と相互作用するSH基をもつらせんポリマーの末端に蛍光色素を導入した物を合成する。これを磁場中で基板に吸着させる際、蛍光測定により吸着量を測定すれば、CISS効果を特別な装置を使わずに測定することが出来る。また、半導体を用いないHallデバイスの開発をイスラエルでおこなう。常磁性の金属を薄く蒸着させ、さらに上を金でカバーすれば上記のデバイスは開発出来ると考えられる。さらに、この新しいデバイスがつくられれば、これまでのAsGa半導体では達成できなかった光誘起CISSを実証することができると考えられる。さらに、AFMによるスピンセレクティビティーの測定について、これまでは基板にNiを蒸着させる必要があったが、あたらしく、常磁性のカンチレバーを開発し、どのような基板でも測定出来る様に改造する予定である。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルスの影響により、渡航が禁止されていた。2022年度からは、受け入れ先から許可が出たので、4月、7月、2023年2月に3回渡航する予定である。また、航空券が値上がりし、さらに滞在費も値上がりするため、2021年度に予定していた分の旅費を2022年度の旅費に使用する。また、物品費として使用出来る分はデバイス用のシリコン等を発注する予定である。
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Research Products
(12 results)
