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固体電解質を利用した閉じ込め型単分子接合の作製および機能探索

研究課題

研究課題/領域番号 18J21233
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 機能物性化学
研究機関東京工業大学

研究代表者

相場 諒  東京工業大学, 理学院, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2018-04-25 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
2,200千円 (直接経費: 2,200千円)
2020年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2019年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2018年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
キーワード原子スイッチ / 振動スペクトル解析 / 酸化物薄膜
研究実績の概要

本研究は原子スイッチを利用して固体電解質に封じ込めた単分子接合を作製することを目的としている。前年度までに固体電解質内部での金属フィラメントの構造制御に関しての知見を集め、また分子を固体電解質内部に導入する手法に関して、Ta2O5薄膜の成膜条件の調整によって酸化物薄膜内部の空孔の大きさをアセチレン分子の導入に最適化した。本年度においては固体電解質中でのアセチレン分子と金属フィラメントによる単分子接合の形成を示すことを目的とした。前年度にアセチレン分子の導入に最適化したTa2O5型の原子スイッチのサンプルを用いて極低温振動分光計測システムにより、アセチレン分子吸蔵時に形成される状態の組成の解明を試みた。
最初に原子スイッチをアセチレン雰囲気で動作させ、銀フィラメントの形成と破断を繰り返した。アセチレン雰囲気の場合にON状態とOFF状態のどちらとも異なる0.5G0程度の電気伝導度を持つ状態が観測されることを確認した。また、伝導度の分布と動作電圧の値を真空条件の場合と比較することで原子スイッチの動作機構に対してアセチレン分子が影響を与えていないことを明らかにした。
続いてチャンバーを液体ヘリウムによって冷却することによりアセチレン分子に由来する伝導度状態で固定し、振動スペクトル計測を行った。計測によって得られたスペクトルの解析によって金属表面に吸着したアセチレン分子に由来する振動モードが検出され、これによりアセチレン分子による単分子接合が形成されていることが明らかになった。また、計測時にフィラメント構造がわずかに揺らぐことにより伝導度と振動エネルギーの変調が発生することが明らかとなった。アセチレン分子のπ軌道と金属フィラメントの相互作用がフィラメント構造の揺らぎに伴い変調されるためと結論づけた。以上、原子スイッチを使用して固体電解質にアセチレン分子接合を封じ込めることに成功した。

現在までの達成度 (段落)

令和2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

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて 2021 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 1件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 5件)

  • [雑誌論文] Effects of water adsorption on conductive filaments of a Ta2O5 atomic switch investigated by nondestructive electrical measurements2020

    • 著者名/発表者名
      Akira Aiba、Satoshi Kaneko、Toru Tsuruoka、Kazuya Terabe、Manabu Kiguchi、Tomoaki Nishino
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 117 号: 23 ページ: 233104-233104

    • DOI

      10.1063/5.0028013

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Investigation of Ag and Cu Filament Formation inside the Metal Sulfide Layer of an Atomic switch based on Point Contact Spectroscopy2019

    • 著者名/発表者名
      A. Aiba, R. Koizumi, T. Tsuruoka, K. Terabe, K. Tsukagoshi, S. Kaneko, S. Fujii, T. Nishino, M. Kiguchi
    • 雑誌名

      ACS Appl. Mater. Inter.

      巻: 11 号: 30 ページ: 27178-27182

    • DOI

      10.1021/acsami.9b05523

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Surface enhanced Raman scattering on molecule junction2019

    • 著者名/発表者名
      M. Kiguchi, A. Aiba, S. Fujii, S.Kobayashi
    • 雑誌名

      Appl. Mater. Today

      巻: 14 ページ: 76-83

    • DOI

      10.1016/j.apmt.2018.10.008

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Investigation on Formation Process of Metal Atomic Filament for Metal Sulfide Atomic Switch by Electrical Measurement2019

    • 著者名/発表者名
      R. Koizumi, A. Aiba, S. Kaneko, S. Fujii, T. Nishino, M. Kiguchi
    • 雑誌名

      Nanotechnology

      巻: 30 号: 12 ページ: 125202-125202

    • DOI

      10.1088/1361-6528/aafc79

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Control of Molecular Orientation in Single-Molecule Junction with Tripodal Triptycene Anchoring Unit: Toward Simple and Facile Single-Molecule Diode2019

    • 著者名/発表者名
      S. Fujii, F. Ishiwari, Y. Komoto, L. Su ,Y. Yuto , Y. Yamagata, A. Kosaka, A. Aiba, T. Nishino, T. Fukushima, M. Kiguchi
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys.

      巻: 58 号: 3 ページ: 35003-35003

    • DOI

      10.7567/1347-4065/ab0436

    • NAID

      210000135468

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Electronic Properties of Single Atom and Molecule Junctions2018

    • 著者名/発表者名
      A. Aiba, M. Iwane, S. Fujii, M. Kiguch
    • 雑誌名

      ChemElectroChem

      巻: 5 号: 18 ページ: 2508-2517

    • DOI

      10.1002/celc.201800787

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] C2H2 molecular junction formed with the Ta2O5 atomic switch2021

    • 著者名/発表者名
      A. Aiba, S. Kaneko, T. Nishino
    • 学会等名
      MANA international Symposium 2021 jointly with ICYS
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] タンタル酸化物薄膜中における分子接合の形成2020

    • 著者名/発表者名
      相場諒,金子哲,西野智昭
    • 学会等名
      日本表面真空学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Point Contact Spectroscopyによる硫化物原子スイッチの動作機構の解明2019

    • 著者名/発表者名
      相場 諒, 小泉 凌太, 金子 哲, 木口 学
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Investigation on the metal filament formation process of the atomic switch2019

    • 著者名/発表者名
      A. Aiba, R. Koizumi, S. Kaneko, M. Kiguchi
    • 学会等名
      21st IVC Conference (IVC-21)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Filament Growth with Water Vapor in the Ta2O5-Based Atomic Switch2019

    • 著者名/発表者名
      A. Aiba, R. Koizumi, S. Kaneko, T. Nishino
    • 学会等名
      Functionalization and Flexible Device Application of Atomic Scale Organic and Inorganic Materials A3 Program Joint Seminar 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Investigation of the atomic species of the filament in atomic switch2019

    • 著者名/発表者名
      Akira Aiba, Manabu Kiguchi
    • 学会等名
      日中韓フォーサイト事業 A3 Joint Seminar
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 原子スイッチにおける金属フィラメントの形成過程2019

    • 著者名/発表者名
      相場諒, 小泉凌太, 金子哲, 木口学
    • 学会等名
      日本化学会新領域ナノスケール分子デバイス「第8回若手セミナー」
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Ta2O5原子スイッチにおける水導入効果2019

    • 著者名/発表者名
      相場諒, 木口学, 鶴岡徹, 寺部一弥
    • 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 実績報告書
  • [学会発表] 硫化銀原子スイッチの動作機構の解明2018

    • 著者名/発表者名
      相場 諒、 金子 哲、 木口 学
    • 学会等名
      日本表面科学会 第三回関東支部講演大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Elucidation of the switching mechanism of atom switch based on electric measurement2018

    • 著者名/発表者名
      Akira Aiba, Satoshi Kaneko, Manabu Kiguchi, Kazuhito Tsukagoshi, Kazuya Terabe, Tohru Tsuruoka
    • 学会等名
      The 34th European Conference On Surface Science
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Ta2O5原子スイッチにおける量子化伝導度の観測2018

    • 著者名/発表者名
      相場 諒、 金子 哲、 木口 学
    • 学会等名
      日本物理学会2018年秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2018-05-01   更新日: 2024-03-26  

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