2019 Fiscal Year Annual Research Report
Fabrication of molecular memristor based on proton/ion transfer on metal complex heterojunction
Publicly Offered Research
| Project Area | Coordination Asymmetry: Design of Asymmetric Coordination Sphere and Anisotropic Assembly for the Creation of Functional Molecules |
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| Project/Area Number |
19H04594
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| Research Institution | Chuo University |
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Principal Investigator |
芳賀 正明 中央大学, 理工学部, 教授 (70115723)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ルテニウム錯体 / プロトン共役電子移動 / メモリスタ / プロトン伝導 / 二端子デバイス / ポリビニルピリジン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
脳内の信号処理を行う生体シナプスを模倣したメモリスタが注目されている。しかし、プロトンを媒体とし、情報伝達・貯蔵するメモリスタの研究例はほとんどないことから、プロトンを伝導媒体とするメモリスタの作製を目指した。我々が注目したのは、プロトン共役電子移動を示すRu錯体である。Ｒｕ錯体は周辺配位子を変えることで、電位ならびに錯体のｐＫａを設計できる。ここでは、二種類のRu二核錯体Ｒｕ－ＮＨとＲｕ－ＣＨを電極に逐次積層膜として別々に固定した電極を用いた。Ru-NHの酸化還元電位はRu-CHに比べ0.3~0.6 Vほど高電位側にあり、Ru-NHのRu(II)状態でのpKa値はRu-CHのRu(III)状態のpKa値と近く6付近に存在するが、Ru-NHがRu(III) 状態へ酸化され、Ru-CHがRu(II)状態に還元されると、両者のpKaに4以上の差が生じる。この２電極間にプロトン伝導するポリビニルピリジン（P4VP）を挟んで二端子デバイスを作成した。P4VPのpKaはおよそ5.2であるので、錯体との水素結合を通してプロトン授受が可能である。この二端子デバイスの電流電圧（Ｉ－Ｖ）特性を測定すると”８の字”型のヒステリシスを示すことがわかった。これは、2電極への電圧印加により、中心Ruの酸化数が変化してpKa差を生じ、プロトン授受能を持つP4VPを通してプロトン伝導として高伝導状態となると考えられる。このように、プロトン伝導を示す高分子であるポリビニルピリジンを媒介したプロトン伝導による新しいプロトンメモリスタを提案し、その動作を実証できた。またビニルピリジンを含むブロックポリマーのミクロ相分離により形成されるシリンダー構造をプロトン伝導チャネルとして利用する系についても検討している。
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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
プロトンを伝導媒体としたメモリスタを、プロトン共役電子移動を行うルテニウム錯体を用いて組み上げる構想を立てた。これは、生体膜でのプロトン勾配によるエネルギー生産にヒントを得ており、電極に固定した２つの錯体をそれぞれ２電極として、それらの電極間での電位差とｐＫａ差が酸化還元により作り出される。この二端子を、プロトン伝導する高分子で挟み込み、デバイスルとして組み上げることでメモリスタ特性を観測できたことは大きな一歩だと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの酸化物が主流のメモリスタでは酸素欠陥の移動が伝導のヒステリシスを起こすことがわかってきている。それに対して、我々は新しい伝導媒体として、プロトンを伝導媒体とするプロトンメモリスタの例を更に増やしていきたい。そのために、プロトン共役電子移動可能な錯体や酸化物について、今後は拡張していく予定である。
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