電荷移動型ナノドメインの設計

• 研究課題/領域番号: 15685008
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 機能物質化学
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 芥川 智行 北海道大学, 電子科学研究所, 助教授 (60271631)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2005
• 研究課題ステータス: 完了 (2005年度)
• 配分額: 28,600千円 (直接経費: 22,000千円、間接経費: 6,600千円); 2005年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2004年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2003年度: 20,800千円 (直接経費: 16,000千円、間接経費: 4,800千円)
• キーワード: 分子性導体 / Langmuir-Blodgett膜 / 両親媒性 / 電荷移動錯体 / 有機半導体 / 超薄膜 / ナノ構造 / ナノテクノロジー / 電荷移動相互作用 / ナノドット / ナノリング / 原子間力顕微鏡 / ナノワイヤ / TTF / マクロサイクル

研究概要

16年度に、有機デバイスへの応用が可能な有機物等のナノ構造、特にナノドットやナノワイヤ構造等の低次元ナノ構造の構築を可能とした。17〜18年度では、ナノドット・ナノワイヤ・ナノリング・2次元ドメイン構造に至る種々の低次元ナノ構造を作製する技術を確立すると同時に、金ナノ粒子や有機半導体ナノドット構造と半導体ナノワイヤ構造が接合した集積化構造の作製に関する検討を行った。
Langmuir-Blodgett (LB)法やスピンコート法に代表されるウエット法を用いて、分子の有する自己組織化を利用したナノデバイス構造の作製を試みた。研究対象として用いた分子系は、電気伝導性・超分子化学・界面化学の観点から設計した両親媒性マクロサイクリックbis-TTF分子である。ウエット法を用いて作製した様々な形態の低次元ナノ構造の集積化について検討した。直径13nmの金ナノ粒子とナノワイヤの集積化構造の作製について検討を行った結果、金ナノ粒子は、ナノワイヤの交差点上に配列し、Langmuir-Blodgett法を用いる事で金ナノ粒子の専有面積を自由に制御する事が可能となった。次に、ナノワイヤー金ナノ粒子複合構造から成るLB膜の電気伝導性に関する検討を行った。金ナノ粒子の専有面積の増加に伴い、電気抵抗の温度依存性に変化が見られた。金ナノ粒子の占有面積の増加に伴い、電気抵抗の温度依存性に変化が見られ、金ナノ粒子の基板上での占有面積が2次元パーコレーションの閾値を越えると、その電気伝導度の温度依存性に特異的な挙動が観測された。室温付近では、活性化エネルギーE_a=0.14eV程度のナノワイヤにより支配される半導体的な温度領域が観測されるのに対して、温度の低下に伴いより活性化エネルギーの小さなE_a=0.01eV及びE_a〜0eV程度の伝導領域が出現する事が明らかとなった。低温領域に於ける伝導は、金ナノ粒子間のホッピングとトンネリングによる伝導で支配されていると考えられる。ナノワイヤー金ナノ粒子集積化構造においては、基板面内で少なくとも3種類の伝導パスが存在し、低温においては金ナノ粒子間の量子伝導が出現していると考えられた。

研究成果

• [雑誌論文] Crystal and Electronic Structures of Hydrogen-bonded 2,5-Diamino-3,6-dihydroxy-p-benzoquinon (2006)
  • 著者名/発表者名: T.Akutagawa, T.Nakamura
  • 雑誌名: Crystal Growth and Design 6 ページ: 70-74
• [雑誌論文] Novel spin transition observed in two quasi-one-dimensional spin system based on [M(mnt)_2] monoanion compounds (M=Ni or Pt; mnt^<2->=maleonitriledithiolate) (2006)
  • 著者名/発表者名: X.M.Ren et al.
  • 雑誌名: Chemical Physics Letter 418 ページ: 423-427
• [雑誌論文] Design of a Magnetic Bistability Molecular System Constructed by H-Bonding and π-π Stacking Interactions (2006)
  • 著者名/発表者名: X.M.Ren et al.
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 45 ページ: 2249-2234
• [雑誌論文] Supramolecular Cations of (S)-, (R)-, and (RS)indane-1-aminium(dibenzo[18]crown-6) in Magnetic [Ni(dmit)_2] Salts (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Akutagawa et al.
  • 雑誌名: Europen Journal of Inorganic Chemistry 2005 ページ: 3271-3276
• [雑誌論文] Magnetism of [Ni(dmit)_2] Salts with [Meso- and (1S, 2S)-Diphenyl-1,2-Ethanediammonium]([18]crown-6)_2 Supramolecular Cations (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Akutagawa et al.
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 44 ページ: 4454-4456
• [雑誌論文] Strong antiferromagnetic exchange interactions in quasi-one-dimensional compounds based on [Pd(mnt)_2] anions (2005)
  • 著者名/発表者名: X.M.Ren et al.
  • 雑誌名: Synthetic Metals 150 ページ: 57-61
• [雑誌論文] Molecular-Assembly Nanostructures of a New Redox-Active Organogelator (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Akutagawa et al.
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed.Engl. 44 ページ: 7283-7287
• [雑誌論文] Metal-Organic Thin-Film Transistor (MOTFT) Based on a Bis (o-diiminobenzosemiquinonate) Nickel (II) Complex (2005)
  • 著者名/発表者名: S.Noro et al.
  • 雑誌名: Journal of American Chemical Society 127 ページ: 10012-10013
• [雑誌論文] Cooperativity of dynamics of 18-crown-6 molecule forming one-dimensional chain in Cs^2(18-crown-6)_3[Ni(dmit)_2]_2 (2005)
  • 著者名/発表者名: S.Ikeuchi et al.
  • 雑誌名: Journal of Chemical Physics 123 ページ: 44514-44514
• [雑誌論文] Structural Phase Transition Driven by Spin-Lattice Interaction in a Quasi-One-Dimensional Spin System of [1-(4'-Iodobenzyl)pyridinium][Ni(mnt)_2] (2005)
  • 著者名/発表者名: X.M.Ren et al.
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry B 109 ページ: 16610-16615
• [雑誌論文] Two-dimensional molecular magnets based on [Pd(dmit)_2] ions: Structures and magnetic properties (2005)
  • 著者名/発表者名: X.M.Ren et al.
  • 雑誌名: Polyhedron 24 ページ: 2160-2164
• [雑誌論文] Crystal structures and magnetic properties of [Ni(dmit)_2] salts including (4-fluoroanilinium)([18]crown-6) and (4-methylanilinium) ([18]crown-6) supramolecular cations (2005)
  • 著者名/発表者名: S.Nishihara et al.
  • 雑誌名: Polyhedron 24 ページ: 2844-2848
• [雑誌論文] Molecular design, synthesis and functions of amphiphilic bis-TTF annulated macrocycles forming molecular assembly nanostructures (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Katoh et al.
  • 雑誌名: Journal of Synthetic Organic Chemistry of Japan 63 ページ: 960-969
• [雑誌論文] The First Proton-Conducting Metallic Ion-Radical Salts (2005)
  • 著者名/発表者名: A.Akutu-Sato et al.
  • 雑誌名: Angew.Chem.Int Ed.Engl. 44 ページ: 292-295
• [雑誌論文] Molecular Rotor of Cs_2([18]crown-6)_3 in Solid State Coupled with Magnetism of [Ni(dmit)_2] (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Akutagawa et al.
  • 雑誌名: J.Am.Chem.Soc. (In press)
• [雑誌論文] Langmuir Layers and Langmuir-B lodgett Films of Bis-tetrat hiafulvalene Annelated Macrocycle (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Nakamura et al.
  • 雑誌名: Bull.Chem.Soc.Jpn. 78 ページ: 147-254
• [雑誌論文] Langmuir-Blodgett Films of Amphiphilic Bis (Tetrathiafulyalene)-Macrocycles with Four Alkyl-Chains (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Akutagawa et al.
  • 雑誌名: Langmuir 20 ページ: 4187-4195
• [雑誌論文] Dielectric Phase Transition in Molecular Conductor (HDABCO^+)_2(TCNQ)_3 (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Akutagawa et al.
  • 雑誌名: J.Am.Chem.Soc. 126 ページ: 291-294
• [雑誌論文] 2k_F transitions in a series of (DMET)_2(X_1X_2TCNQ) (X_1,X_2=Br,Cl,F,CH_3,H) Subsidiary lattice effect by anion radicals (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Sato et al.
  • 雑誌名: Phys.Rev.B. 69 ページ: 75103-75103
• [文献書誌] T.Akutagawa et al.: "Magnetic Properties of [Ni(dmit)_2] Anions Induced by Flexible Hydrogen-bonded Supramolecular Cations (p-Xylylenediammonium^<2+>)(Crown Ethers)_2"J.Phys.Chem.B.. 107. 66-74 (2003)
• [文献書誌] T.Akutagawa et al.: "Hydrogen-bond from [O-H・・・N-N・・・H-O] to [O^-・・・+H-N-N-H+・・・^-O] Structures in Solid"J.Phys.Chem.B.. 107. 6248-6251 (2003)
• [文献書誌] Y.Tatewaki et al.: "Structural modification of molecular nanowires composed of dialkylmacrocyclicbis TTF-F_4TCNQ complex"Synthetic Metals. 137. 933-934 (2003)
• [文献書誌] H.Miyata et al.: "Langmuir-Blodgett films of bis-tetrathiafulvalene substituted macrocycle and TCNQ derivatives"Thin Solid Films. 438-439. 1-6 (2003)
• [文献書誌] T.Akutagawa et al.: "Langmuir-Blodgett Films of Charge-Transfer Complexes Between an Amphiphilic MonoPyrrolo-TTF and TCNQ Derivatives"J.Phys.Chem.B.. 107. 13929-13938 (2003)
• [文献書誌] T.Akutagawa et al.: "Proton-Transfer and Dielectric Phase Transition in Molecular Conductor (HDABCO^+)_2(TCNQ)_3"J.Am.Chem.Soc. 126. 291-294 (2004)