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高精度にギャップ長が制御されたナノギャップ電極を用いた分子デバイスの実現

研究課題

研究課題/領域番号 11J08966
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 マイクロ・ナノデバイス
研究機関東京工業大学

研究代表者

加納 伸也  東京工業大学, 大学院総合理工学研究科, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2011 – 2013
研究課題ステータス 完了 (2013年度)
配分額 *注記
1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
2013年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
2012年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
2011年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
キーワード単電子トランジスタ / ナノギャップ / 無電解メッキ / ナノ粒子 / ボトムアップ / 自己組織化単分子膜 / 無電解金メッキ / 金ナノ粒子 / 単分子メモリ / ポルフィリン / ボトムアップ手法 / 走査トンネル顕微鏡 / 分子メモリ
研究概要

平成25年度は、英国ケンブリッジ大学キャベンディッシュ研究所に滞在し、ナノ粒子を用いた量子ビットの作製に資する研究を遂行した。英国ケンブリッジ大学キャベンディッシュ研究所Charles Smith教授は、二重量子ドット内の電荷状態を高周波測定により読み取る手法を有している。
そこで、アルカンチオール/アルカンジチオール混合分子膜に保護された金ナノ粒子への電子遷移を高周波測定で読み取ることを試みた。この実験は、現在トップダウン手法で作製されている量子ビットを、金ナノ粒子を使ったボトムアップ手法で構築することをめざしている。
まず、ナノ粒子が2つ並んだ2重量子ドット構造を解析するため、マスター方程式を用いた2重量子ドットSETの解析法を構築した。従来のモンテカルロ法による解析と比較して、この方法を用いると、ドレイン電圧とゲート電圧を用いた電荷状態図から、ナノ粒子と電極間の抵抗値や容量値が精密に推測できる可能性があることがわかった。この結果はナノ粒子が量子ビットとして構築できた際の構造解析に利用できる。
無電解金メッキ法によりナノギャップ長を高精度に制御したナノギャップ電極に、上記のアルカンチオール/アルカンジチオール混合分子膜に保護された金ナノ粒子を導入し、SETを作製した。作製したSETを測定するために、300mK下での高周波測定に必要なホルダーや基板を準備した。高周波反射信号測定により、基板上に設計したLC回路と素子から構成される回路の共振を低温下で確認するところまで実施した。
並行して、この金ナノ粒子を金属電極間の絶縁膜中に埋め込んだ構造において高周波反射信号測定を行い、金ナノ粒子への単電子輸送現象をとらえる実験を共同研究として遂行している。今後は、金ナノ粒子における電子のスピン緩和時間の推定を、高周波測定により行っていくことを予定している。

今後の研究の推進方策

(抄録なし)

報告書

(3件)
  • 2013 実績報告書
  • 2012 実績報告書
  • 2011 実績報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて 2013 2012 2011

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (14件)

  • [雑誌論文] Random telegraph signals by alkanethiol-protected Au nanoparticles in chemically assembled single-electron transistors2013

    • 著者名/発表者名
      S. Kano, Y. Azuma, D. Tanaka, M. Sakamoto, T. Teranishi, L. W. Smith, C. G. Smith, Y Majima
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 114 号: 22

    • DOI

      10.1063/1.4847955

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Silicon-Nitride-Passivated Bottom-Up Single-Electron Transistors2013

    • 著者名/発表者名
      G. Hackenberger, Y. Azuma, S. Kano, D. Tanaka, M. Sakamoto, T. Teranishi, Y. Ohno, K. Maehashi, Y Maiima
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 52 号: 11R ページ: 1101011-5

    • DOI

      10.7567/jjap.52.110101

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ideal Discrete Energy Levels 1n Synthesized Au Nanoparticle for Chemically Assembled Single-Electron Transistors2012

    • 著者名/発表者名
      S. Kano. Y. Azuma, K. Maeda, D. Tanaka, M. Sakamoto, T. Teranishi, L. W. Smith, C. G. Smith, Y Majima
    • 雑誌名

      ACS Nano

      巻: 6 号: 11 ページ: 9972-9977

    • DOI

      10.1021/nn303585g

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Characterization of thiol-functionalized oligo(phenylene-ethynylene)-protected Au nanoparticles by scanning tunneling microscopy and spectroscopy2012

    • 著者名/発表者名
      H. Koo, S. Kano. D. Tanaka, M. Sakamoto, T. Teranishi, G. Cho, Y. Majima
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 101 号: 8 ページ: 083115-083115

    • DOI

      10.1063/1.4747720

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Room-temperature single molecular memory2012

    • 著者名/発表者名
      S.Kano, Y.Yamada, K.Tanaka, Y.Majima
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 100 号: 5 ページ: 53101-53101

    • DOI

      10.1063/1.3679127

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Logic Operations of Chemically Assembled Single-Electron Transistor2012

    • 著者名/発表者名
      K.Maeda, N.Okabayashi, S.Kano, S.Takeshita, D.Tanaka, M.Sakamoto, T.Teranishi, Y.Majima
    • 雑誌名

      ACS Nano

      巻: 6 号: 3 ページ: 2798-2803

    • DOI

      10.1021/nn3003086

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] チオール基を有するオリゴフェニレンエチニレン誘導体保護Auナノ粒子の統計的スイッチ現象2013

    • 著者名/発表者名
      加納伸也, Hyunmo Koo, 田中大介, 坂本雅典, 寺西利治, 真島豊
    • 学会等名
      2013年春季第60回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      神奈川 神奈川工科大学
    • 年月日
      2013-03-28
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Room Temperature Memory Operation in a Solid-State Device based on Thiol-Functionalized Oligo(Phenylene-Ethynylene)-Protected Gold Nanoparticles2013

    • 著者名/発表者名
      D. Hurtado, S. Kano. Y. Azuma, D. Tanaka, M. Sakamoto, T, Teranishi, Y. Majima
    • 学会等名
      2013年春季第60回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      神奈川 神奈川工科大学
    • 年月日
      2013-03-28
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Discrete Energy Levels in Synthesized Au Nanoparticle by Chemically Assembled Single-Electron Transistors2012

    • 著者名/発表者名
      S. Kano. K. Maeda, D. Tanaka, T. Teranishi, L. W. Smith, C. G. Smith, Y. Majima
    • 学会等名
      2012 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM 2012)
    • 発表場所
      京都 国際会館
    • 年月日
      2012-09-25
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] ランダムテレグラフシグナルの観察によるボトムァップ単電子トランジスタの単電子検出2012

    • 著者名/発表者名
      加納伸也, 前田幸祐, 東康男, 田中大介, 坂本雅典, 寺西利治, Luke W. Smith, Charles G. Smith, 真島豊
    • 学会等名
      2012年秋季第73回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      愛媛 愛媛大学
    • 年月日
      2012-09-12
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Room Temperature Coulomb Oscillation in Chemically Assembled SET with SiNx Passivation Layer.2012

    • 著者名/発表者名
      D. Hurtado, G. Hackenberger, S. Kano. Y. Azuma, S. Takeshita, D. Tanaka, M. Sakamoto, T. Teranishi, Y. Ohno, K. Maehashi, Y. Majima
    • 学会等名
      2012年秋季第73回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      愛媛 愛媛大学
    • 年月日
      2012-09-12
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Availability of Silicon Nitride Passivation to Chemically Assembled Single-Electron Transistors2012

    • 著者名/発表者名
      G. Hackenberger, S. Kano. Y. Azuma, D. Tanaka, M. Sakamoto, T. Teranishi, Y, Ohno, K. Maehashi, K. Matsumoto, Y. Majima
    • 学会等名
      2012年秋季第73回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      愛媛 愛媛大学
    • 年月日
      2012-09-12
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 無電解金メッキ表面のSTM観察2012

    • 著者名/発表者名
      川本慎, 武下宗平, Victor Serdio, 加納伸也, 東康男, 寺西利治, 真島豊
    • 学会等名
      2012年秋季第73回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      愛媛 愛媛大学
    • 年月日
      2012-09-11
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Room Temperature Solid-State Molecular Devices by Using Porphyrin Derivatives2012

    • 著者名/発表者名
      D. Hurtado, S. Kano. Y. Azuma, S. Takeshita, Y. Yamada, K. Tanaka, Y. Majima
    • 学会等名
      2012年秋季第73回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      愛媛 愛媛大学
    • 年月日
      2012-09-11
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Eoom Temperature Operating Solid・State Molecular Device by Usjng Porphyrin Derivatives2012

    • 著者名/発表者名
      D. Hurtado, S. Kano. Y. Azuma, S. Takeshita, Y. Yamada, K. Tanaka, Y. Majima
    • 学会等名
      2012 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM 2012)
    • 発表場所
      宮城 東北大学
    • 年月日
      2012-08-31
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] ボトムアップ単電子トランジスタにおけるNiナノギャップ電極とAuナノギャップ電極の比較2012

    • 著者名/発表者名
      東康男、加納伸也、田中大介、坂本雅典、寺西利治、真島豊
    • 学会等名
      2012年春季第59回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      東京早稲田大学
    • 年月日
      2012-03-17
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] ボトムアップ単電子トランジスタにおける金ナノ粒子の量子化準位の観察2012

    • 著者名/発表者名
      加納伸也、前田幸祐、武下宗平、田中大介、坂本雅典、寺西利治、Luke W.Smith、Charles G.Smith、真島豊
    • 学会等名
      2012年春季第59回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      東京早稲田大学
    • 年月日
      2012-03-16
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] ボトムアップ単電子トランジスタによる相補型インバータ2012

    • 著者名/発表者名
      前田幸祐、岡林則夫、加納伸也、武下宗平、田中大介、坂本雅典、寺西利治、真島豊
    • 学会等名
      2012年春季第59回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      東京早稲田大学
    • 年月日
      2012-03-16
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 金ナノ粒子を用いた単電子トランジスタの温度依存性2011

    • 著者名/発表者名
      加納伸也、前田幸祐、岡林則夫、Victor Serdio、村木太郎、田中大介、寺西利治、真島豊
    • 学会等名
      2011年秋季第72回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      山形山形大学
    • 年月日
      2011-08-31
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Observation of Coulomb Blockade Behaviors Using Basic-Ligand Au Nanoparticles at Room Temperature2011

    • 著者名/発表者名
      S.Kano, T.Muraki, K.Maeda, N.Okabayashi, D.Tanaka, T.Teranishi, Y.Majima
    • 学会等名
      Joint conference of 5th international conference on science and technology for advanced ceramics (STAC5) and 2nd international conference on advanced materials development and integration of novel structured metallic and inorganic materials (AMDI2)
    • 発表場所
      神奈川メルパルク横浜
    • 年月日
      2011-06-22
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書

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公開日: 2011-12-12   更新日: 2024-03-26  

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