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単一分子トランジスタのテラヘルツダイナミクスと分子スピントロニクスへの展開

研究課題

研究課題/領域番号 17F17072
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分外国
研究分野 電子デバイス・電子機器
研究機関東京大学

研究代表者

平川 一彦  東京大学, 生産技術研究所, 教授 (10183097)

研究分担者 TANG CHIU-CHUN  東京大学, 生産技術研究所, 外国人特別研究員
研究期間 (年度) 2017-04-26 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
2018年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2017年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
キーワード単一分子トランジスタ / 単一電子トンネル / テラヘルツ / フラーレン / ナノギャップ電極 / テラヘルツ分光
研究実績の概要

化学的に合成される分子は、様々な優れた機能を持つことが知られている。特に、単一分子に金属電極でコンタクトした単一分子トランジスタ構造では、電子軌道、電子数、スピン、分子振動などが量子化され、それらの物理量を用いて新しいエレクトロニクスの可能性が拓けると考えられている。これまで、単一分子の特性は、その電流-電圧特性を測定することにより、静的な特性が調べられてきたが、単一分子のデバイス応用には、伝導ダイナミクスを明らかにすることが不可欠である。また、単一分子中には非常に少数の電子スピン、核スピンしか存在せず、それらの量子状態を制御して、新しい機能を発現させることも重要である。本年度は、以下のような研究を行った。
1)内部に電気的モーメントを有するCe@C82分子では、電圧印加によりナノギャップ内部でCe@C82分子が回転することが知られていたが、その位置には準安定状態が複数存在し、その数がソース・ドレイン電圧の増大とともに減少することがわかった(低バイアスでは4準位、高バイアスでは2準位)。ただ、準安定状態間で分子が何度回転するのかの見積もりに関しては議論の余地があることがわかった。この成果に関して、権威ある国際会議(半導体物理に関する国際会議;ICPS)にて講演を行った。
2)2つの波長可変半導体レーザの差周波を高速フォトダイオードを用いてテラヘルツ電磁波に変換する系を用いて、波長可変テラヘルツ光源を準備し、テラヘルツ分光を行う系の立ち上げを行い、100 GHz近傍に単一分子トランジスタの整流効果による信号を観測した。
3)単一分子のNMR検出を目指して、東北大学平山研究室と議論を行うとともに、測定する分子の候補としてSc3N@C80分子を購入した。
4)韓国DGISTとの共同研究で、Dirac半金属ナノワイヤーの低温における磁気伝導の測定を行った。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (7件)

すべて 2018 2017

すべて 学会発表 (7件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [学会発表] Rotation effect in endohedral metallofullerene Ce@C82 single-molecule transistors2018

    • 著者名/発表者名
      C. C. Tang, S.Q. Du, K. Yoshida, Y. Zhang, and K. Hirakawa
    • 学会等名
      the 34th International Conference on the Physics of Semiconductors 2018 (ICPS2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Thz rectification through a single metal nanoparticle2018

    • 著者名/発表者名
      S.Q. Du, K. Yoshida, Y. Zhang, C.C. Tang, T. Nishimura, A. Singh, H. Inokawa, and K. Hirakawa
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Rotation effect in endohedral metallofullerene Ce@C82 single-molecule transistors2018

    • 著者名/発表者名
      唐九君、杜少卿、吉田健治、張亜、平川一彦
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 金属内包Ce@C82単一分子トランジスタにおける分子回転効果2018

    • 著者名/発表者名
      唐九君、杜少卿、吉田健治、張亜、平川一彦
    • 学会等名
      新学術領域「ハイブリッド量子科学」第六回領域会議
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Terahertz spectroscopy of single molecules and single atoms2017

    • 著者名/発表者名
      K, Hirakawa, S. Du, K. Yoshida, C.Tang, and Y. Zhang
    • 学会等名
      4th International Symposium on Microwave/Terahertz Science and Applications (MTSA 2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] テラヘルツ電磁波を用いた金属内包Ce@C82 フラーレン分子内の単一Ce 原子の観測2017

    • 著者名/発表者名
      S.Q. Du, Y. Zhang、吉田健治、C.C. Tang、平川一彦
    • 学会等名
      新学術領域「ハイブリッド量子科学」 第五回領域会議
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Terahertz spectroscopy of a single atom in a fullerene cage2017

    • 著者名/発表者名
      杜少卿、張亜、吉田健治、唐九君、平川一彦
    • 学会等名
      第8回 光電子融合ワークショップ--若手による成果報告
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2017-05-25   更新日: 2024-03-26  

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