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単分子接合の高速IV計測による吸着分子の表面ダイナミックスの解明

研究課題

研究課題/領域番号 19J21186
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
審査区分 小区分32020:機能物性化学関連
研究機関東京工業大学

研究代表者

一色 裕次  東京工業大学, 理学院, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2019-04-25 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
2,500千円 (直接経費: 2,500千円)
2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2020年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2019年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワード単分子接合 / 電流電圧特性 / 表面物性 / 電気伝導度計測 / 走査型トンネル電子顕微鏡 / 界面 / 表面吸着 / 化学反応 / システム開発
研究開始時の研究の概要

本研究では世界最高の時間分解能(マイクロ秒)を有する単分子接合の電子状態計測装置を新たに構築する。開発する装置では、超高真空極低温から室温大気中までの様々な環境において、単分子接合を作製し、その場でI-V 計測を行えるようにする。電極を動かした距離から金属―分子間距離、I-V から電子状態と界面構造を決定し、単分子接合の構造、電子状態を一度に全部評価し、その時間発展を決定する。実験では、単分子接合の寿命以下の短い時間以内(ミリ秒)に、同一の単分子接合の電極間距離を段階的かつ連続的に増加させ、単分子接合の形成から接合破断までの過程を調べる。

研究実績の概要

2021年度は本研究課題の主題である単分子接合系の構造変化に伴う電子構造の評価だけでなく、異なる吸着構造同士の電子構造変化の違いについて比較も行った。電気伝導度の計測には、金電極と結合し、配位結合、共有結合、ファンデルファールス結合を形成する1,4-benzenediamaine (BDA), 1,4-benzenedithiol (BDT), 1,4-benzenedicyano (BCN), 1,4-benzenediisocyanide (BDI), 4,4’-bipyridine (BPY), 1,6-hexanediamine (HDA), 4-phenylpyridine (PPY), fullerene (C60)の8種の分子を用い、電子構造変化の計測にはBDA, BDT, BDI, BPY, C60の5つの分子を用いた。この計測と密度汎関数法を用いた結合力の評価によって、電気伝導度の減衰率と結合力の間に結合種ごとの相関関係が見られることが新たに分かった。そして、昨年度開発した高速I-V計測システムを改良し、接合構造に機械的な応力を印加しながら電子構造を連続的に評価できるシステムを開発した。新たに構築した高速電流計測システムを用いることで初めて、分子接合を伸長する過程のI-V特性を計測し、3 pmの距離分解を実現することで、電子状態の応力応答性の観察に成功し、金属-分子界面における力学的特性と電気的特性の相関関係の起源を明らかにすることに成功した。これらの成果は,金属―分子界面の物理において重要な知見を与えるものであり、日本分子科学会、日本表面真空学会、ISSS-9ではこの研究成果が評価され、学生優秀発表賞を受賞した。

現在までの達成度 (段落)

令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (23件)

すべて 2022 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (7件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 3件、 査読あり 3件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 5件)

  • [国際共同研究] University of Augsburg(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Toulouse(フランス)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] Czech Academy of Sciences(チェコ)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Augsburg(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] Academy of Sciences of the Czech(チェコ)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Augsburg(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] Academy of Sciences of the Czech(チェコ)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Structural Asymmetry of Metallic Single-Atom Contacts Detected by Current?Voltage Characteristics2022

    • 著者名/発表者名
      Isshiki Yuji、Li Dongzhe、Kiguchi Manabu、Nishino Tomoaki、Pauly Fabian、Fujii Shintaro
    • 雑誌名

      ACS Applied Materials & Interfaces

      巻: 14 号: 9 ページ: 11919-11926

    • DOI

      10.1021/acsami.1c24096

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Electronic Structure and Transport Properties of Single-molecule Junctions with Different Sizes of π-conjugated System2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Isshiki, T. Nishino, S. Fujii
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. C

      巻: 125 号: 6 ページ: 3472-3479

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.0c05478

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Selective formation of molecular junctions with high and low conductance states by tuning the velocity of electrode displacement2020

    • 著者名/発表者名
      Isshiki Yuji、Fujii Shintaro、Nishino Tomoaki、Kiguchi Manabu
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 22 号: 8 ページ: 4544-4548

    • DOI

      10.1039/c9cp06487g

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Evaluation of the electronic structure of single-molecule junctions during the breaking process of metal-molecule bonds2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Isshiki, S. Fujii, and T. Nishino
    • 学会等名
      第15回分子科学討論会(札幌)2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Electronic Structure of a Single-Molecule Junction during the Junction-Breaking Process2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Isshiki, E. Montes, N. P. Arasu, T. Nishino, H. Vazquez, and S. Fujii
    • 学会等名
      The 9th International Symposium on Surface Science
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Relationship between bonding forces and electrical conductivity of single molecule junctions2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Isshiki, S. Fujii, and T. Nishino
    • 学会等名
      日本表面真空学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 共役系サイズ変調による単分子の電気伝導度と電子構造変化2021

    • 著者名/発表者名
      一色裕次, 西野智昭, 藤井慎太郎
    • 学会等名
      日本物理学会第76回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Time resolved electronic structures of single-molecule junctions by fast current voltage measurements2021

    • 著者名/発表者名
      一色裕次, 西野智昭, 藤井慎太郎
    • 学会等名
      MANA INTERNATIONAL SYMPOSIUM 2021 jointly with ICYS 2021
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Time resolved charge transport properties of single-molecule junctions2021

    • 著者名/発表者名
      一色裕次, 西野智昭, 藤井慎太郎
    • 学会等名
      American Physical Society (APS) March meeting 2021
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 単分子接合の破断直前に現れる電子状態の解明2020

    • 著者名/発表者名
      一色裕次, 西野智昭, 藤井慎太郎
    • 学会等名
      第81回応用物理学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] STM-BJ法による単分子接合の界面構造の制御2020

    • 著者名/発表者名
      一色裕次, 西野智昭, 藤井慎太郎
    • 学会等名
      分子科学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 構造揺らぎによる単分子接合の軌道エネルギー変化2020

    • 著者名/発表者名
      一色裕次, 西野智昭, 藤井慎太郎
    • 学会等名
      日本表面真空学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Study of Fluctuating Interface and Electronic Structure of Single Molecule Junction2019

    • 著者名/発表者名
      一色裕次,藤井慎太郎,木口学
    • 学会等名
      日本物理学会第74年次秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Control of Metal-Molecule Interface by Tuning Velocity of Nano-gap Displacement2019

    • 著者名/発表者名
      一色裕次,藤井慎太郎,木口学
    • 学会等名
      日本物理学会第75年次春季大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Fast I-V Measurements of Single Molecule Junction2019

    • 著者名/発表者名
      Yuji Isshiki, Shintaro Fujii, Manabu Kiguchi
    • 学会等名
      International vacuum conference 21 (IVC-21)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Development of STM-BJ System to Observe Fluctuation of Metal-Single Molecule Interface2019

    • 著者名/発表者名
      Yuji Isshiki, Shintaro Fujii, Tomoaki Nishino
    • 学会等名
      A3 Program Joint Seminar
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2019-05-29   更新日: 2024-03-26  

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