原子直視法による単一分子デバイスの開発

• 研究課題/領域番号: 22310065
• 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: ナノ材料・ナノバイオサイエンス
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 木塚 徳志 筑波大学, 数理物質系, 教授 (10234303)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円); 2014年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2013年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2012年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2011年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2010年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
• キーワード: 単一分子素子 / 電子顕微鏡 / その場観察 / フラーレン / カーボンナノカプセル / ナノカーボン / ナノギャップ / ナノ接点 / 走査プローブ顕微鏡 / カーボン / ナノカプセル / 原子間力顕微鏡 / ナノカーボ / 単一分子接合 / 走査トンネル顕微鏡 / ナノ粒子 / 分光 / 原子ダイナミックス

研究成果の概要

その場透過電子顕微鏡法を用いて、中空および金属や炭化物を内包したフラーレン分子とカーボンナノカプセルを主構成要素とする、これまでに作製されていない型の単一分子接合デバイスを作製し、そのときの原子ダイナミックスを観察した。さらに、同時に、それらと対応させた電気伝導・機械的特性を解析した。本研究で実施した項目は、(1)分子とカプセルの合成、(2)分子を挟むナノメートルサイズ金属電極とそれらによるナノギャップの作製、および(3)電子顕微鏡内における単一分子デバイス作製と構造・物性評価であった。従来不明であった個々の単一分子デバイスの原子配列と電気伝導特性の相関を実験的に解明できる手法が確立された。

研究成果

• [雑誌論文] Structure and conductance of aluminum nanocontacts studied by in situ high-resolution transmission electron microscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Ohko and Tokushi Kizuka
  • 雑誌名: J. Nanosci. Nanotechnol. 15(7), 5180-5183 (2015) 巻: 15 号: 7 ページ: 5180-5183
  • DOI: 10.1166/jnn.2015.9598
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Critical shear stress of rhodium nanocontacts studied by in situ high-resolution transmission electron microscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Ohko and Tokushi Kizuka
  • 雑誌名: J. Nanosci. Nanotechnol. 15(7), 5484-5486 (2015) 巻: 15 号: 7 ページ: 5484-5486
  • DOI: 10.1166/jnn.2015.9599
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Atomistic Breaking Processes via Electromigration in Platinum Nanocontacts (2014)
  • 著者名/発表者名: Tokushi Kizuka and Satoshi Kodama
  • 雑誌名: J. Phys. Soc. Jpn. 巻: 83 号: 10 ページ: 104602-104602
  • DOI: 10.7566/jpsj.83.104602
  • NAID: 40020226245
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] High-resolution transmission electron microscopy of isolated fullerene C60 molecules (2014)
  • 著者名/発表者名: Tokushi Kizuka
  • 雑誌名: J. Nanosci. Nanotechnol. 巻: 14 号: 3 ページ: 2687-2688
  • DOI: 10.1166/jnn.2014.8611
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The structure of graphene/nickel interfaces within nickel-encapsulating carbon nanocapsules studied by high-resolution transmission electron microscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: Tokushi Kizuka and Akira Akagawa
  • 雑誌名: J. Nanosci. Nanotechnol. 巻: 14 号: 4 ページ: 3176-3180
  • DOI: 10.1166/jnn.2014.8519
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Interface structure of niobium carbide-encapsulating carbon nanocapsules studied by high-resolution transmission electron microscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: Tokushi Kizuka and Haruki Koizumi
  • 雑誌名: J. Nanosci. Nanotechnol. 巻: 14 号: 4 ページ: 3228-3232
  • DOI: 10.1166/jnn.2014.8609
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electrical conductivity of single molecular junctions assembled from Co- and Co3C-encapsulating carbon nanocapsules (2014)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Matsuura and Tokushi Kizuka
  • 雑誌名: J. Nanosci. Nanotechnol. 巻: 14 号: 3 ページ: 2441-2445
  • DOI: 10.1166/jnn.2014.8506
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The atomic configuration of graphene/VC interfaces in VC-encapsulating carbon nanocapsules (2014)
  • 著者名/発表者名: Gaku Yazaki, Daisuke Matsuura, and Tokushi Kizuka
  • 雑誌名: J. Nanosci. Nanotechnol. 巻: 14 号: 3 ページ: 2482-2486
  • DOI: 10.1166/jnn.2014.8496
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Distance control of electromigration-induced silver nanogaps (2014)
  • 著者名/発表者名: Hideki Masuda and Tokushi Kizuka
  • 雑誌名: J. Nanosci. Nanotechnol. 巻: 14 号: 3 ページ: 2436-2440
  • DOI: 10.1166/jnn.2014.8502
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Current-Voltage Characteristics of Silver Nanocontact Studied by In situ Transmission Electron Microscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: Hideki Masuda and Tokushi Kizuka
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 81 号: 11 ページ: 114707-114707
  • DOI: 10.1143/jpsj.81.114707
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of oriented bundle fibers of fullerene C70 crystal nanotubes (2012)
  • 著者名/発表者名: Tokushi Kizuka, Kun'ichi Miyazawa, and Takayuki Tokumine
  • 雑誌名: J. Nanosci. Nanotechnol. 巻: 12 号: 3 ページ: 2825-2828
  • DOI: 10.1166/jnn.2012.5803
  • 査読あり
• [雑誌論文] Breakdown of ballistic conduction in single-atom-width gold wires (2012)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Kodama and Tokushi Kizuka
  • 雑誌名: J. Nanosci. Nanotechnol. 巻: 12 号: 2 ページ: 1001-1003
  • DOI: 10.1166/jnn.2012.5878
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structures of graphene/cobalt interfaces in cobalt-encapsulated carbon nanocapsules (2012)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Matsuura, Kun’ichi Miyazawa, and Tokushi Kizuka
  • 雑誌名: J. Nanomater. 巻: 2012 号: 1 ページ: 7-7
  • DOI: 10.1155/2012/843516
  • NAID: 120007130656
  • 査読あり
• [雑誌論文] Young's modulus of single-crystal fullerene C_<70> nanotubes (2012)
  • 著者名/発表者名: Tokushi Kizuka, Kun'ichi Miyazawa, Takayuki Tokumine
  • 雑誌名: J.Nanoteehnol. 巻: 2012 ページ: 5-5
  • DOI: 10.1155/2012/969357
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of carbon nanocapses and nanotubes using Fe-doped fullerene nanowhiskers (2012)
  • 著者名/発表者名: Tokushi Kizuka, Kun'ichi Miyazawa, Daisuke Matsuura
  • 雑誌名: J.Nanotechnol. 巻: 2012 ページ: 6-6
  • DOI: 10.1155/2012/613746
  • 査読あり
• [雑誌論文] Solvation-assisted Young’s modulus control of single-crystal fullerene C70 nanowhiskers (2012)
  • 著者名/発表者名: Tokushi Kizuka, Kun'ichi Miyazawa, and Takayuki Tokumine
  • 雑誌名: J. Nanotechnol. 巻: 2012 ページ: 5-5
  • DOI: 10.1155/2012/583817
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of nickel-encapsulated carbon nanocapsules and cup-stacked-type carbon nanotubes via nickel-doped fullerene nanowhiskers (2012)
  • 著者名/発表者名: Tokushi Kizuka, Kun’ichi Miyazawa, and Akira Akagawa
  • 雑誌名: J. Nanotechnol. 巻: 2012 ページ: 5-5
  • DOI: 10.1155/2012/376160
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of cobalt-encapsulated carbon nanocapsules using cobalt-doped fullerene nanowhiskers (2012)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Matsuura, Kun’ichi Miyazawa, and Tokushi Kizuka
  • 雑誌名: Int. Sch. Res. Net. Nanotechnol. 巻: 2012 ページ: 7-7
  • DOI: 10.5402/2012/871208
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electron spin resonance of thin films of organic light-emitting material tris (8-hydroxyquinoline) aluminum doped by magnesium (2012)
  • 著者名/発表者名: Donghyun Son, Kazuhiro Marumoto, Tokushi Kizuka, Yukihiro Shimoi
  • 雑誌名: Synthetic Met. 巻: 162 号: 24 ページ: 2451-2454
  • DOI: 10.1016/j.synthmet.2012.11.009
  • NAID: 120007137045
  • 査読あり
• [雑誌論文] Position-selective emission control of cathodoluminescence using nanotips of optical fibers (2011)
  • 著者名/発表者名: Tokushi Kizuka
  • 雑誌名: J.Nanosci.Nanotechnol. 巻: 11 号: 6 ページ: 5274-5276
  • DOI: 10.1166/jnn.2011.4175
  • 査読あり
• [雑誌論文] Individual cathodoluminescence and photoluminescence spectroscopy of zinc oxide nanoparticles in combination with in situ transmission electron microscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: Tokushi Kizuka, Masaya Oyama
  • 雑誌名: J.Nanosci.Nanotechnol. 巻: 11 号: 4 ページ: 3278-3283
  • DOI: 10.1166/jnn.2011.3754
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication of silicon oxide nanotips by mechanical contact and elongation methods (2010)
  • 著者名/発表者名: Tokushi Kizuka
  • 雑誌名: Nanotechnol. 巻: 21
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure, electrical, and mechanical properties of silver nanocontacts (2010)
  • 著者名/発表者名: Hideki Masuda, Tokushi Kizuka
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 巻: 49
  • NAID: 40017085090
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparative study of Rh/MgO modified with Fe, Co or Ni for the catalytic partialoxidation of methane at short contact time.PartI : Characterization of catalysts (2010)
  • 著者名/発表者名: Hisanori Tanaka, 他5
  • 雑誌名: Appl.Catal.A 巻: 378 ページ: 175-186
  • 査読あり
• [学会発表] ナノカーボンの機械的特性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 木塚徳志
  • 学会等名: 日本MRS年次大会
  • 発表場所: 横浜市開港記念会館（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-12-11
  • 招待講演
• [学会発表] Structures and Electronic Properties of Tungsten Oxide Nanowire Studied by Transmission Electron Microscopy Combined with Probe Techniques (2014)
  • 著者名/発表者名: A. Taninaka, G. Yazaki and T. Kizuka
  • 学会等名: 22nd International Colloquium on Scanning Probe Microscopy
  • 発表場所: Atagawa Heights（静岡県賀茂郡東伊豆町）
  • 年月日: 2014-12-11
• [学会発表] Critical shear stress of nanometer-sized platinum (2014)
  • 著者名/発表者名: Toshiaki Iijima and Tokushi Kizuka
  • 学会等名: The 7th International Symposium on Surface Science
  • 発表場所: Kunibiki Messe（島根県松江市）
  • 年月日: 2014-11-06
• [学会発表] Structure and conductance of tantalum nanocontacts studied by in situ transmission electron microscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Murata and Tokushi Kizuka
  • 学会等名: The 7th International Symposium on Surface Science
  • 発表場所: Kunibiki Messe（島根県松江市）
  • 年月日: 2014-11-06
• [学会発表] Synthesis and structure of carbon nanocapsules encapsulating zirconium and zirconium-based-alloys (2014)
  • 著者名/発表者名: Manabu Tedura and Tokushi Kizuka
  • 学会等名: The 7th International Symposium on Surface Science
  • 発表場所: Kunibiki Messe（島根県松江市）
  • 年月日: 2014-11-06
• [学会発表] In-situ transmission electron microscopy of individual tungsten oxide nanowires: structure and electrical conduction (2014)
  • 著者名/発表者名: Gaku Yazaki, Atsushi Taninaka, and Tokushi Kizuka
  • 学会等名: The 7th International Symposium on Surface Science
  • 発表場所: Kunibiki Messe（島根県松江市）
  • 年月日: 2014-11-06
• [学会発表] Transmission electron microscopy of carbon nanocapsules encapsulating iron and iron-based alloys (2014)
  • 著者名/発表者名: Eiko Hayaki and Tokushi Kizuka
  • 学会等名: The 7th International Symposium on Surface Science
  • 発表場所: Kunibiki Messe（島根県松江市）
  • 年月日: 2014-11-03
• [学会発表] Structure and electrical properties of molybdenum nanocontacts studied by in situ transmission electron microscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: Kohei Yamada and Tokushi Kizuka
  • 学会等名: Tsukuba Nanotechnology Symposium
  • 発表場所: Univ. Tsukuba
  • 年月日: 2014-07-25
• [学会発表] Young’s modulus of C60/C70 alloy nanowhiskers (2014)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Matsuura, Toshio Konno, Takatsugu Wakahara, Kun’ichi Miyazawa, Tokushi Kizuka
  • 学会等名: Tsukuba Nanotechnology Symposium
  • 発表場所: Univ. Tsukuba
  • 年月日: 2014-07-25
• [学会発表] In situ high-resolution transmission electron microscopy of single-atom-width tantalum wires (2011)
  • 著者名/発表者名: Hideki Masuda, Tokushi Kizuka
  • 学会等名: The 6th International Symposium on Surface Science
  • 発表場所: Funabori Tower hall
  • 年月日: 2011-12-15
• [学会発表] Conductance of Zinc Oxide Nanocontacts Studied by In Situ Transmission Electron Microscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: Toshikazu Kase, Tokushi Kizuka
  • 学会等名: International Conference on Solid State Devices and Materials
  • 発表場所: 東京大学(東京都)
  • 年月日: 2010-09-22
• [学会発表] In situ transmission electron microscopy of niobium nanocontacts and single-atom-width wires
  • 著者名/発表者名: Tokushi Kizuka, Musashi Hongu
  • 学会等名: The 12th Asia Pacific Physics Conference
  • 発表場所: Makuhari Messe, Makuhari
• [学会発表] Electrical conductivity of single particle junctions using cobalt- and cobalt-carbide-encapsulated carbon nanocapsules
  • 著者名/発表者名: Daisuke Matsuura, Tokushi Kizuka
  • 学会等名: The 12th Asia Pacific Physics Conference
  • 発表場所: Makuhari Messe, Makuhari
• [学会発表] In situ transmission electron microscopy of bending process of C60/C70 nanowhiskers
  • 著者名/発表者名: Daisuke Matsuura, Chika Hirata, Toshio Konno, Takatsugu Wakahara, Kun’ichi Miyazawa, Tokushi Kizuka
  • 学会等名: The 12th Asia Pacific Physics Conference
  • 発表場所: Makuhari Messe, Makuhari
• [学会発表] Critical shear stress of rhodium nanocontacts studied by in situ high-resolution transmission electron microscopy
  • 著者名/発表者名: Takayuki Ohko, Tokushi Kizuka
  • 学会等名: The 12th Asia Pacific Physics Conference
  • 発表場所: Makuhari Messe, Makuhari
• [学会発表] In situ transmission electron microscopy of single-particle junctions using gold-encapsulating carbon nanocapsules
  • 著者名/発表者名: D. Matsuura and T. Kizuka
  • 学会等名: 12th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures in conjunction with 21st International Colloquium on Scanning Probe Microscopy
  • 発表場所: Tsukuba Capio, Tsukuba
• [学会発表] Non jump-to-contact approach between tungsten nanotips
  • 著者名/発表者名: Hideki Masuda and Tokushi Kizuka
  • 学会等名: The 25th International Microprocesses and Nanotechnology Conference
  • 発表場所: 神戸メリケンパークホテル（神戸）
• [学会発表] In situ transmission electron microscopy of single molecular junctions using carbon nanocapsules encapsulating cobalt and cobalt carbide
  • 著者名/発表者名: Daisuke Matsuura and Tokushi Kizuka
  • 学会等名: The 25th International Microprocesses and Nanotechnology Conference
  • 発表場所: 神戸メリケンパークホテル（神戸）
• [学会発表] Structure and conductance of atomic-sized tungsten contacts
  • 著者名/発表者名: Hideki Masuda and Tokushi Kizuka
  • 学会等名: The 25th International Microprocesses and Nanotechnology Conference
  • 発表場所: 神戸メリケンパークホテル（神戸）
• [学会発表] Atomic configuration and mechanical properties of silver nanocontacts
  • 著者名/発表者名: Jianbo Feng, Tokushi Kizuka
  • 学会等名: Tsukuba Nanotechnology Symposium
  • 発表場所: 筑波大学（つくば）
• [学会発表] First-principle calculation of conductance of single-atom-width gold wires using structural models derived from in situ high-resolution transmission electron microscopy
  • 著者名/発表者名: Ryogo Kimikobe, Toshiaki Iijima, Tokushi Kizuka
  • 学会等名: Tsukuba Nanotechnology Symposium
  • 発表場所: 筑波大学（つくば）
• [図書] マイクロ／ナノカプセルの調整、徐放性制御と応用事例 (2014)
  • 著者名/発表者名: 木塚徳志（分担執筆）
  • 総ページ数: 510
  • 出版者: 技術情報協会
• [備考] 筑波大学 数理物質系 物質工学域 木塚研究室
  • URL: http://www.ims.tsukuba.ac.jp/~kizuka_lab/index.html
• [備考] 筑波大学木塚研究室ホームページ
  • URL: http://www.ims.tsukuba.ac.jp/~kizuka_lab/index.html
• [備考] 木塚研究室HP
  • URL: http://www.ims.tsukuba.ac.jp/~kizuka_lab/index.html
• [備考]
  • URL: http://www.ims.tsukuba.ac.jp/~kizuka_lab/index.html
• [備考]
  • URL: http://www.ims.tsukuba.ac.jp/-kizuka_lab/index.html
• [産業財産権] 配線構造および配線方法 (2014)
  • 発明者名: 木塚徳志、蘆田 真
  • 権利者名: 国立大学法人 筑波大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2014-135740
  • 出願年月日: 2014-07-01