単一分子エレクトロニクスの創成に向けて‐理論からの提言

• 研究課題/領域番号: 21310086
• 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: マイクロ・ナノデバイス
• 研究機関: 富山大学
• 研究代表者: 上羽 弘 富山大学, 大学院・理工学研究部(工学), 教授 (70019214)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 18,720千円 (直接経費: 14,400千円、間接経費: 4,320千円); 2012年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2011年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2010年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2009年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
• キーワード: 分子エレクトロニクス / 単一分子 / スイッチング素子 / 負性抵抗 / 走査トンネル顕微鏡 / 振動励起 / 熱伝導 / 単一分子操作 / ナノ構造 / 表面反応 / 分子操作 / 分子スイッチ / 分子デバイス / 熱伝導率 / 非弾性トンネル / グラフェン / 負性微分抵抗 / フラーレン / 表面化学反応

研究概要

(単一)分子エレクトロニクスの創成に向けてー理論からの提言"にふさわしい当初の研究計画を上回る成果を得た。(1)一個の水分子と数個の水酸基分子からなる分子鎖で水素原子(プロトン)が走査トンネル顕微鏡からのトンネル電子によるO-H伸縮モードの励起で起こることを見出した実験グループとともにその素過程の解明を行った。(2) 水酸基ダイマーのフリップ運動による電流ー電圧特性において一つのOHをODで置換すると負性抵抗が出現し、スイッチング機能が発現することを高コンダクタンスと低コンダクタンス状態の可逆的な遷移による模型で説明することに成功した。(3)振動励起による単一分子の運動や反応の電圧依存性を解析する一般公式の構築に成功し、2002年にサイエンスで実験グループとともに報告したPd表面に吸着したCO分子の表面ホッピングの実験結果を再現することで、最も鍵となる物理量であるC-O伸縮振動と反応座標モードである束縛並進モードの非調和結合定数を初めて決定できた。(4)最近世界的に精力的な研究がおこなわれている"グラフェン"を取り上げ、その熱伝導の理論を世界に先駆けて構築できた。

研究成果

• [雑誌論文] Lateral hopping and desorption of a single CO molecule on a Cu(110) surface induced by femtosecond laser pulses (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Ueba and Y. Ootsuka
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 87, 205403
• [雑誌論文] Lateral hopping and desorption of a single CO molecule on a Cu(110) surface induced by (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Ueba
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 87 号: 20
  • DOI: 10.1103/physrevb.87.205403
  • 査読あり
• [雑誌論文] H-atom relay reactions in real space (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Kumagai, A. Shiotari, H. Okuyama, S. Hatta, T. Aruga, I. Hamada,T. Frederiksen, H. Ueba
  • 雑誌名: Nature Materials 巻: 11, 167
• [雑誌論文] Modifying current-voltage characteristics of a single molecule junction by isotope substitution: OHOD dimer on Cu(110) (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Okuyama, A. Shiotari, T. Kumagai, S. Hatta, T. Aruga, Y. Ootsuka, M. Paulsson, H. Ueba
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 85, 205424
• [雑誌論文] Analysis of lateral hopping of a single CO molecule on Pd(110) (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Ueba
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 86, 035440
• [雑誌論文] H-atom relay reaction in real space (2012)
  • 著者名/発表者名: T.Kumagai, et al., H.Ueba
  • 雑誌名: Nature Materials 巻: 11 号: 2 ページ: 167-172
  • DOI: 10.1038/nmat3176
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modifying current-voltage characteristic of a single molecule junction by isotope substitution : OHOD dimer on Cu(110) (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Okuyama, A. Shiotari, T. Kumagai, S. Hatta, T. Aruga, Y. Ootsuka, M. Paulsson, H. Ueba
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 85 号: 20 ページ: 204524-204524
  • DOI: 10.1103/physrevb.85.205424
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phononic heat transfer across an interface: thermal boundary resistance (2011)
  • 著者名/発表者名: B.N. J. Persson, A. I. Volokitin, H. Ueba
  • 雑誌名: Journal of Physics: Condensed Matter 巻: 23, 045009
• [雑誌論文] Vibrationally induced flip motion of a hydroxyl dimer on Cu(110) (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Ootsuka, T. Frederiksen, H. Ueba, M.Paulsson
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 84, 193403
• [雑誌論文] Vibrationally induced flip motion of a hydroxyl dimer on Cu(110) (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Ootsuka, T, Frederiksen, H.Ueba, M.Pauksson
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 84 号: 19
  • DOI: 10.1103/physrevb.84.193403
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phononic heat transfer across an interface : Thermal boundary resistance (2011)
  • 著者名/発表者名: B.N.J.Persson, A.I.Volokitin, H.Ueba
  • 雑誌名: Journal of Physics : Condensed Matters 巻: 23 号: 4 ページ: 045009-045009
  • DOI: 10.1088/0953-8984/23/4/045009
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inelastic tunneling spectroscopy of alkanetiol molecules: High-resolution spectroscopy and theoretical simulations (2010)
  • 著者名/発表者名: N. Okabayashi, M. Paulsson, H. Ueba, Y.Konda, T. Komeda
  • 雑誌名: Physical. Review. Letters 巻: 104,077801
• [雑誌論文] Comment 'Diffusion and dimer formation of CO molecules induced by femtosecond laser pulses' (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Ueba, B.N.J. Persson
  • 雑誌名: Physical. Review. Letters 巻: 104,239601
• [雑誌論文] Site selective inelastic electron tunneling spectroscopy probed by isotope labeling (2010)
  • 著者名/発表者名: N. Okabayashi, M. Paulsson, H. Ueba, Y. Konda, and T. Komeda
  • 雑誌名: Nano Letters 巻: 10,2950
  • NAID: 130005038212
• [雑誌論文] Insight into action spectroscopy for single molecule motion and reactions through inelastic electron tunneling (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Motobayashi, Y. Kim, H. Ueba, and M.Kawai
  • 雑誌名: Phys. Rev .Lett. 巻: 105,076101
• [雑誌論文] Lateral hopping of CO on Cu(111) induced by femtosecond laser pulses (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Ueba, Y. Ootsuka, M. Paulsson, B.N.J. Persson
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 82,121411(R)
• [雑誌論文] Heat transfer between weakly coupled systems: Graphene on a-SiO2 (2010)
  • 著者名/発表者名: B.N.J. Persson and H. Ueba
  • 雑誌名: Europhysics Letters 巻: 91, 56001
• [雑誌論文] Heat transfer between graphene and amorphous SiO2 (2010)
  • 著者名/発表者名: B.N.J. Persson, H. Ueba
  • 雑誌名: Journal of Physics: Condensed Matter 巻: 22,462201
• [雑誌論文] Insight into Action Spectroscopy for single Molecule Motions and Reactions through Inelastic Electron Tunneling (2010)
  • 著者名/発表者名: Motobayashi, Kim, Kawai, Ueba
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 105
  • 査読あり
• [雑誌論文] Heat transfer between weekly coupled systems : Graphene on a-SiO2 (2010)
  • 著者名/発表者名: B.Persson, Ueba
  • 雑誌名: European Physics Letters 巻: 91
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inelastic Tunneling Spectroscopy of Alkanethiol Molecules-High Resolution Spectroscopy and Theoretical Simulation (2010)
  • 著者名/発表者名: Okabayashi, Paulsson, Ueba, Komeda
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 104
  • 査読あり
• [雑誌論文] Lateral hopping of CO on Cu(111) induced by femtosecond laser pulsed (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Ueba, Y.Ootsuka, M.Paulsson, B.N.J.Persspn
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 82
  • 査読あり
• [雑誌論文] Site selective inelastic electron tunneling spectroscopy probed by isotope labeling (2010)
  • 著者名/発表者名: N.Okabayashi, M.Paulsson, H.Ueba, Y.Konda, T.Komeda
  • 雑誌名: Nano Letters 巻: 10 ページ: 2950-2955
  • NAID: 130005038212
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comment on "Diffusion and dimer formation of CO molecules induced By Femtosecond laser pulses (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Ueba, B.N.J.Persson
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 104 ページ: 239601-239601
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inelastic Tunneling Spectroscopy of Alkanethiol Molecules : High-Resolution Spectroscopy and Theoretical Simulations (2010)
  • 著者名/発表者名: N.Okabayashi, M.Paulsson, H.Ueba, Y.Konda, T.Komeda
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW LETTERS 104 ページ: 77801-77801
  • 査読あり
• [雑誌論文] How Vibrationally Assisted Tunneling with STM Affects the Motions and Reactions of Single Adsorbates (2009)
  • 著者名/発表者名: S. G. Tikhodeev and H. Ueba
  • 雑誌名: PhysicalReview Letters 巻: 102,246101
• [雑誌論文] Lateral hopping of CO molecules on Pt(111) surface by femtosecond laser pulses (2009)
  • 著者名/発表者名: M. Hayashi, T. Ootsuka, M. Paulsson, B.N.J. Persson, and H. Ueba
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 80,245409
• [雑誌論文] How Vibrationally Assisted Tunneling with STM Affects the Motions and Reactions of Single Adsorbates (2009)
  • 著者名/発表者名: S.G.Tikhodeev, H.Ueba
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW LETTERS 102 ページ: 246101-246101
  • 査読あり
• [学会発表] Controlled Atomic Dynamics onSolid Surfaces: Atom and Molecular Manipulation(Invited talk) (2013)
  • 学会等名: "Single molecule reactions in real space and in real time"in International Workshop on
  • 発表場所: San Sebastian, Spain
  • 年月日: 2013-05-16
• [学会発表] Single molecule reactions in real space and in real time (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Ueba
  • 学会等名: International Workshop on “Controlled Atomic Dynamics on Solid Surfaces: Atom and Molecular Manipulation”
  • 発表場所: サン・セバスチャン（スペイン）
  • 招待講演
• [学会発表] Vibrationally assisted tunneling in motions and reactions of single molecules (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Ueba
  • 学会等名: CECOM International workshop on Transport in Molecular Nanostructures
  • 発表場所: チューリッヒ(スイス)
  • 年月日: 2010-06-23
• [図書] Current-driven phenomena in nanoelectronics (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Seidemann
  • 出版者: Pan Stanford Publishing Ltd
• [図書] Current-driven phenomena in nanoelectronics (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Ueba
  • 出版者: Pan Stanford Publishing Ltd
• [図書] Dynamics at Solid State Surface and Interfaces Vol. 1: Current Developments (2011)
  • 著者名/発表者名: J. Guedde, M. Bonn, H. Ueba, and U.Hoefer
  • 出版者: WILEY-VCH Verlag Gmb H & Co. Weinheim
• [図書] Current-Driven Phenomena in Nanoelectronics(分担:Chapter 2) (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Ueba, S.G.Tikhodeev, B.N.J.Persson
  • 出版者: Pan Stanford Publishing Pte.Ltd.
• [備考]
  • URL: http://www3.u-toyama.ac.jp/ueba/
• [備考]
  • URL: http://www3.u-toyama.ac.jp/ueba/