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表面平坦ナノギャップ試料と分子架橋を用いた単分子素子の機能発現機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 17K05066
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 薄膜・表面界面物性
研究機関国立研究開発法人物質・材料研究機構

研究代表者

長岡 克己  国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 主任研究員 (80370302)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2017年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
キーワード走査トンネル顕微鏡 / 分子架橋 / ナノギャップ / 単分子素子 / 低仕事関数薄膜 / ナノギャップ構造 / STM / 単分子架橋
研究成果の概要

本研究では、単分子素子における有用な素子機能の出現には、「系の非対称性」が必須と考えた。そこで、まず、Biのナノギャップ電極間に非対称分子を架橋する方針で研究を行った。そして、4個の炭素六員環がY字状に配列した、トリフェニレンの単分子架橋を仮定し、その伝導特性の計算を行った。その結果、この系に関しては、架橋分子の両端で大きく接合状態を変化させても、分子内に非対称な電子状態、特に、HOMO軌道とLUMO軌道を空間的に分離させるほどの影響は出ないことが示された。
次に、「系の非対称性」を実現するために、異種材料で電極を作ることを試みた。そして、その候補として、窒素添加LaB6薄膜を検討した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究の学術的意義は、単分子素子における、分子と電極の接合状態、接合分子の電子状態、そして、それらから予想される伝導特性の相関関係を明らかにし、有用な素子機能の提案に繋げることである。これは単分子素子の研究における本質的な課題である。しかしながら、まだ、分子と電極の接合状態、接合分子の電子状態を実際に測定した報告例がないため、詳細はわかっていない。本研究では、特に、「系の非対称性」に着目し、有用な素子機能を単分子素子に出現させるためのメカニズムの解明を目指した。

報告書

(4件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 5件)

  • [雑誌論文] Mechanism of field-induced manipulation of Cu-phthalocyanines on a Bi surface using scanning tunneling microscope2019

    • 著者名/発表者名
      Shin Yaginuma, Katsumi Nagaoka, and Tomonobu Nakayama
    • 雑誌名

      J. Mol. Struct.

      巻: 1181 ページ: 563-567

    • DOI

      10.1016/j.molstruc.2018.12.094

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書 2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Scanning tunneling spectroscopy study of 20 nm-thick nitrogen-doped lanthanum hexaboride thin film2019

    • 著者名/発表者名
      Nagaoka Katsumi、Hayami Wataru、Ohmi Shun-ichiro
    • 雑誌名

      Vacuum

      巻: 170 ページ: 108973-108973

    • DOI

      10.1016/j.vacuum.2019.108973

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Controlling molecular condensation/diffusion of copper phthalocyanine by local electric field induced with scanning tunneling microscope tip2018

    • 著者名/発表者名
      Katsumi Nagaoka, Shin Yaginuma and Tomonobu Nakayama
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 57 号: 2 ページ: 020301-020301

    • DOI

      10.7567/jjap.57.020301

    • NAID

      210000148577

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Work Function and Electronic Structure Measurements on Nitrogen-Doped LaB6 Thin Film by Scanning Tunneling Microscope2019

    • 著者名/発表者名
      K. Nagaoka, S. Ohmi
    • 学会等名
      20th International Vacuum Electronics Conference
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Work function and electronic structure measurements on nitrogen-doped LaB6 thin film prepared by RF sputtering deposition2019

    • 著者名/発表者名
      K. Nagaoka, S. Ohmi
    • 学会等名
      International Symposium on Sputtering and Plasma Processes 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Work Function and Electronic Structure Measurements on Nitrogen-doped Lanthanum Hexaboride (LaB6) Thin Film by STM2019

    • 著者名/発表者名
      K. Nagaoka, S. Ohmi
    • 学会等名
      3rd International Conference on Applied Surface Science
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] STMを用いた窒素添加 六ホウ化ランタン薄膜の仕事関数・電子状態測定2019

    • 著者名/発表者名
      長岡克己、大見俊一郎
    • 学会等名
      第66回応用物理学会 春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Controlling molecular condensation/diffusion of copper phthalocyanine by local electric field induced with scanning tunneling microscope tip2018

    • 著者名/発表者名
      Shin Yaginuma, Katsumi Nagaoka, and Tomonobu Nakayama
    • 学会等名
      34th European Congress on Molecular Spectroscopy
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Work Function and Electronic Structure Measurements on Nitrogen-doped Lanthanum Hexaboride (LaB6) Thin Film by STM2018

    • 著者名/発表者名
      Katsumi Nagaoka, Shun-ichiro Ohmi
    • 学会等名
      17th Joint Vacuum Conferenc
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] STMを用いた窒素添加 六ホウ化ランタン薄膜の仕事関数・電子状態測定2018

    • 著者名/発表者名
      長岡克己、大見俊一郎
    • 学会等名
      日本表面真空学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 単分子架橋のための 不整合薄膜成長を利用した2017

    • 著者名/発表者名
      長岡克己
    • 学会等名
      第78回 応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2021-02-19  

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