高性能単分子熱電材料の創製

• 研究課題/領域番号: 15H03543
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: ナノマイクロシステム
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 筒井 真楠 大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (50546596)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円); 2017年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2016年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2015年度: 10,010千円 (直接経費: 7,700千円、間接経費: 2,310千円)
• キーワード: 分子エレクトロニクス / 熱電 / 単分子科学 / ナノコンタクト / 量子効果 / マイクロ・ナノデバイス / 量子閉じ込め / エネルギー全般 / ナノマイクロセンサー

研究成果の概要

本研究では、高熱電性能単分子接合の創製を目的とした。まず、電子線描画法等の微細加工技術を用いて、ナノ加工機械的破断接合（MCBJ）に熱電対を組み込んだ、1分子熱電特性測定用ナノセンサデバイスを開発した。このデバイスの動作実証として、金ナノ接合におけるジュール発熱を調べ、当該ナノ構造の電子状態を反映した非対称なジュール加熱効果を発見した。また、単分子接合の熱電特性における分子―電極界面構造の寄与を調べ、金－チオール結合距離を拡張することで、単分子接合の熱電性能を大幅に向上できることを見出した。さらに、同デバイスを用いたアルカンジチオール単分子接合の1分子熱伝導度の実測にも成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Stretching-induced conductance variations as fingerprints of contact configurations in single-molecule junctions (2017)
  • 著者名/発表者名: Yong-Hoon Kim, Hu Sung Kim, Juho Lee, Makusu Tsutusi, TOmoji Kawai
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 139 号: 24 ページ: 8286-8294
  • DOI: 10.1021/jacs.7b03393
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 71.Roles of vacuum tunnelling and contact mechanics in single-molecule thermopower (2017)
  • 著者名/発表者名: Makusu Tsutsui, Kazumichi Yokota, Takanori Morikawa, and Masateru Taniguchi
  • 雑誌名: Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｒｅｐｏｒｔｓ 巻: 7 号: 1 ページ: 44276-44276
  • DOI: 10.1038/srep44276
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fast and low-noise tunnelling current measurements for single-molecule detections in electrolyte solution using insulator-protected nanoelectrodes (2017)
  • 著者名/発表者名: Takanori Morikawa, Kazumichi Yokota, Makusu Tsutsui, and Masateru Taniguchi
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 9 号: 12 ページ: 4076-4081
  • DOI: 10.1039/c6nr09278k
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dipole effects on the formation of molecular junctions (2016)
  • 著者名/発表者名: Sachie Tanimoto, Makusu Tsutsui, Kazumichi Yokota, and Masateru Taniguchi
  • 雑誌名: Nanoscale Horizons 巻: 1 号: 5 ページ: 399-406
  • DOI: 10.1039/c6nh00088f
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 63.High thermopower of mechanically stretched single-molecule junctions (2015)
  • 著者名/発表者名: Makusu Tsutsui, Takanori Morikawa, Yuhui He, Akihide Arima, Masateru Taniguchi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 5 号: 1 ページ: 11519-11519
  • DOI: 10.1038/srep11519
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 単分子熱電計測 (2018)
  • 著者名/発表者名: 筒井 真楠
  • 学会等名: 第2回東工大応用化学系 次世代を担う若手シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Measuring thermoelectric and heat transport in atomic and molecular junctions (2017)
  • 著者名/発表者名: Makusu Tsutsui
  • 学会等名: Binational Japanese-German Workshop Single-Molecule Science and Technology
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 単分子接合の形成機構 (2017)
  • 著者名/発表者名: 谷本 幸枝・森川 高典・横田 一道・筒井 真楠・谷口 正輝
  • 学会等名: 日本化学会第97春季年会
  • 発表場所: 慶応義塾大学
• [学会発表] 絶縁被覆MCBJ素子を用いた単分子電流計測 (2017)
  • 著者名/発表者名: 谷本 幸枝
  • 学会等名: 第４回ナノスケール分子デバイス若手セミナー
  • 発表場所: 化学会館ホール
  • 招待講演
• [学会発表] 単一原子・分子接合における熱電現象 (2016)
  • 著者名/発表者名: 筒井真楠
  • 学会等名: 日本化学会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス
  • 年月日: 2016-03-27
  • 招待講演
• [学会発表] Au-PCBM分子接合の電気伝導度と熱起電力の同時計測 (2015)
  • 著者名/発表者名: 森川高典、筒井真楠、谷口正輝
  • 学会等名: 応用物理学会
  • 発表場所: 名古屋国際展示場
  • 年月日: 2015-09-15