2016 Fiscal Year Annual Research Report
自己組織化ヘテロナノワイヤを用いた分子素子
Publicly Offered Research
| Project Area | Molecular Architectonics: Orchestration of Single Molecules for Novel Function |
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| Project/Area Number |
16H00969
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
柳田 剛 九州大学, 先導物質化学研究所, 教授 (50420419)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ヘテロナノワイヤ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本提案研究では、微細加工技術に依存せずに分子素子の形成を可能とする“単結晶ヘテロナノワイヤ分子素子”とその機能を実証することを目的とする。分子素子を形成する従来法は、走査プローブ顕微鏡法、機械的破断法、微細加工技術に立脚したナノギャップ法に大別することが出来るが、本新学術領域が目指す分子素子の組織化を実現するためには、従来法の枠組みを超えて分子素子が電極と共に内部に既に設計されているナノ構造が理想の形態といえる。ヘテロナノワイヤ構造は、１分子の大きさに対応したナノギャップを原子堆積法によりナノワイヤ構造内部に実現することを可能とし、加えてナノワイヤ構造自身が引き出し電極の役割をも果たす極めて魅力的なナノ構造である。このナノ構造の実現により、有機合成化学研究者が合成プロセスの延長上で電極と結合した分子素子を形成する事が可能となる。ヘテロ構造を単結晶ナノワイヤ構造内に形成させる為に、金属触媒を介したVapor-Liquid-Solid(VLS)反応法を用いる。VLS反応法では、供給した原料が固液界面のみに絶対選択的に結晶成長することが可能となり、所望の原料をシーケンシャルに供給することで狙いのヘテロ構造をナノワイヤ構造内部に実現した。申請者はこれまでにVLS反応法を用いて機能性酸化物材料をナノワイヤ構造化する技術を蓄積しており、これらの科学技術を駆使することによって分子素子を実現する新しいヘテロナノワイヤ構造を実証した。
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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
本提案研究では、微細加工技術に依存せずに分子素子の形成を可能とする“単結晶ヘテロナノワイヤ分子素子”とその機能を実証することを目的とする。分子素子を形成する従来法は、走査プローブ顕微鏡法、機械的破断法、微細加工技術に立脚したナノギャップ法に大別することが出来るが、本新学術領域が目指す分子素子の組織化を実現するためには、従来法の枠組みを超えて分子素子が電極と共に内部に既に設計されているナノ構造が理想の形態といえる。ヘテロナノワイヤ構造は、１分子の大きさに対応したナノギャップを原子堆積法によりナノワイヤ構造内部に実現することを可能とし、加えてナノワイヤ構造自身が引き出し電極の役割をも果たす極めて魅力的なナノ構造である。このナノ構造の実現により、有機合成化学研究者が合成プロセスの延長上で電極と結合した分子素子を形成する事が可能となる。ヘテロ構造を単結晶ナノワイヤ構造内に形成させる為に、金属触媒を介したVapor-Liquid-Solid(VLS)反応法を用いる。VLS反応法では、供給した原料が固液界面のみに絶対選択的に結晶成長することが可能となり、所望の原料をシーケンシャルに供給することで狙いのヘテロ構造をナノワイヤ構造内部に実現した。申請者はこれまでにVLS反応法を用いて機能性酸化物材料をナノワイヤ構造化する技術を蓄積しており、これらの科学技術を駆使することによって分子素子を実現する新しいヘテロナノワイヤ構造を実証した。以上のことから、おおむね順調に進展していると判断される。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度に創製された“分子サイズのナノギャップと電極構造が内包されたヘテロナノワイヤ構造体”を用いて、単一分子素子と電流検知型の分子認識機能を実証する。Step 1では、溶液中で有機分子とヘテロナノワイヤをハイブリッド化する手法(Type1)とシリコン基板上で既に素子化された単一ヘテロナノワイヤデバイス上で所望の有機分子をハイブリッド化させる手法(Type2)を検証する。Type1の手法では、有機合成化学実験の延長としてハイブリッド化プロセスを組み込むことが可能になる長所がある一方、溶液中でのヘテロナノワイヤの分散状態やその後の基板上でのデバイス化プロセスにおける有機分子へのプロセスダメージに関する懸念がある。一方、Type2の手法では既にシリコン基板上でデバイス化された構造を用いるために上記Type1における懸念事項は払拭できるが、異なる機能有機分子を基板上で集積化する方向への展開性に欠けるといった短所を有する。昇温による分子の脱離・吸着プロセスを繰り返し行うことで、常にフレッシュな分子の伝導特性を検証し、その分布を測定する。これにより、分子の配向状態分布を加味した電気伝導特性を検証する。得られた伝導性を量子化学計算と比較検討することでその測定の妥当性を検証する。Step 3では、雰囲気可変チャンバー内に微量のターゲット分子（各種ガスや金属イオン）を封入し、有機分子とハイブリッド化されたヘテロナノワイヤ構造素子の電流変化として検出することを狙いとする。申請者が既に開発した雰囲気可変チャンバーを用いて、極微量のターゲット分子の電気的な検出を実現する。電気的な検出を困難とするファクターとして、周辺部位への非特異的吸着等が考えられるが、実験条件を最適化し、所望のターゲット分子の電気的検出（分子認識）を実証する。
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[Journal Article] Tailoring Nucleation at Two Interfaces Enables Single Crystalline NiO Nanowires via Vapor-Liquid-Solid Route2016
Author(s)
Nagashima, K., H.Yoshida, A.Klamchuen, M.Kanai, G.Meng, F.Zhuge, Y.He, H.Anzai, Z.Zhu, M.Suzuki, M.Boudot, S.Takeda and T.Yanagida
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Journal Title
ACS Appl. Mater. & Inter.
Volume: 8
Pages: 27892-27899
DOI
Peer Reviewed
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