分子デバイス動作環境下における電子状態変化の直接観測

• 研究課題/領域番号: 23550034
• 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: 物理化学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 加藤 浩之 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (80300862)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2013年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2012年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2011年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
• キーワード: 表面科学 / 分子デバイス / 電子状態 / 電界効果 / 表面界面物性 / 有機薄膜 / 機能性単分子膜

研究概要

動作している分子デバイスの電子状態は、電極基板との相互作用のみならず、注入電荷や印加バイアスの影響を受けていると考えられる。本研究課題では、動作環境にある分子デバイスの電子状態を直接観測し、動作原理の理解を深めることを目的とした。実験では、まず、分子薄膜について、バイアス印加状態にある分子の電子状態を蛍光収量X線吸収分光で観測した。この結果を元に、異なる特性の部位を持つ自己組織化単分子膜を作製し、その電子状態がデザイン通りであることを実験的に確かめた。この研究を通して、新しい単分子デバイスの設計指針を得た。

研究成果

• [雑誌論文] Spectroscopic investigation of unoccupied states in nano- and macroscopic scale: Naphthalene overlayers on highly oriented pyrolytic graphite studied by combination of scanning tunneling microscopy and two-photoemission (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Yamada, M. Isobe, M. Sibuta, H.S. Kato, T. Munakata
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 118 号: 2 ページ: 1035-1041
  • DOI: 10.1021/jp4097875
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular assembly through the chain reaction of substituted acenes on the Si(100)-(2x1)-H surface (2013)
  • 著者名/発表者名: M.Z. Hossain, H.S. Kato, J. Jung, Y. Kim, M. Kawai
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: Vol.117 ページ: 19436-19441
  • DOI: 10.1021/jp405487v
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dispersive Electronic States of the π-Orbitals Stacking in Single Molecular Lines on the Si(001)-(2×1)-H Surface. (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Kamakura
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. Lett. 巻: 4 号: 7 ページ: 1199-1204
  • DOI: 10.1021/jz400389k
  • 査読あり
• [雑誌論文] Substituent effect on the intermolecular arrangements of one-dimensional molecular assembly on the Si(100)-(2x1)-H surface (2013)
  • 著者名/発表者名: M.Z. Hossain, H.S. Kato, M. Kawai
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: Vol.117 号: 1 ページ: 270-275
  • DOI: 10.1021/jp308770t
  • 査読あり
• [雑誌論文] Diffuse Unoccupied Molecular Orbital of Rubrene Causing Image-Potential State Mediated Excitation (2013)
  • 著者名/発表者名: T Ueba, R. Terawaki, T. Morikawa, Y. Kitagawa, M Okumura. T. Yamada, H S. Kato, T. Munakata
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry C 巻: 117 号: 39 ページ: 20098-20103
  • DOI: 10.1021/jp407933m
  • 査読あり
• [雑誌論文] Image Potential State Mediated Excitation at Rubrene/Graphite Interface (2012)
  • 著者名/発表者名: J.Park
  • 雑誌名: J.Phys.Chem.C 巻: 116 号: 9 ページ: 5821-5826
  • DOI: 10.1021/jp211938h
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dispersions of image potential states on surfaces of clean graphite and lead phthalocyanine film (2012)
  • 著者名/発表者名: R. Yamamoto
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 巻: 14 号: 27 ページ: 9601-9605
  • DOI: 10.1039/c2cp40922d
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of an organic field-effect thin-film transistor in operation using fluorescence-yield x-ray absorption spectroscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: H.S. Kato, H. Yamane, N. Kosugi, M. Kawai
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett 巻: Vol.107 号: 14
  • DOI: 10.1103/physrevlett.107.147401
  • 査読あり
• [学会発表] 電界中にある分子膜の電子状態観測と分子デバイス設計 (2014)
  • 著者名/発表者名: 加藤浩之
  • 学会等名: 第4回分子アーキテクトニクス研究会
  • 発表場所: 文京区(東京大学), 東京都
  • 年月日: 2014-03-11
• [学会発表] 電界中にある分子膜の電子状態観測と分子デバイス設計 (2014)
  • 著者名/発表者名: 加藤 浩之
  • 学会等名: 第4回分子アーキテクトニクス研究会
  • 発表場所: 文京区、東京都
• [学会発表] オリゴチオフェン誘導体単分子膜の電子励 1.起状態ダイナミクス (2013)
  • 著者名/発表者名: 村上吉成, 桐山貴旭, 斎藤理世, 渡辺悠, 上羽貴大, 山田剛司, 加藤浩之, 宗像利明
  • 学会等名: 第7回分子科学討論会2013
  • 発表場所: 京都市(京都テルサ), 京都府
  • 年月日: 2013-09-25
• [学会発表] Charge Transport Regulation between the Au Substrate and LUMO in the Functional Self-Assembled Monolayers (2013)
  • 著者名/発表者名: H.S. Kato, Y. Kiriyama, Y. Murakami, R. Saito, T. Ueba, T. Yamada, T. Munakata
  • 学会等名: The 8th Conference on Ultrafast Surface Dynamics (USD8)
  • 発表場所: Estes Park, Colorado, USA
  • 年月日: 2013-05-30
• [学会発表] Charge Transport Regulation between the Au Substrate and LUMO in the Functional Self-Assembled Monolayer (2013)
  • 著者名/発表者名: H.S. Kato, Y. Kiriyama, Y. Murakami, R. Saito, T. Ueba, T. Yamada and T. Munakata
  • 学会等名: The 8th Conference on Ultrafast Surface Dynamics (USD8)
  • 発表場所: Estes Park, Colorado, USA
• [学会発表] オリゴチオフェン誘導体単分子膜の電子励起状態ダイナミクス (2013)
  • 著者名/発表者名: 村上吉成、桐山貴旭、斎藤理世、上羽貴大、山田剛司、加藤浩之、宗像利明
  • 学会等名: 分子科学討論会2013
  • 発表場所: 京都市、京都府
• [学会発表] 有機トランジスタ内部の電子状態 : 蛍光収量X線吸収法による観測 (2011)
  • 著者名/発表者名: 加藤浩之, 初井宇記, 長坂将成, 山根宏之, 小杉信博, 川合真紀
  • 学会等名: 関西薄膜・表面物理セミナー2011
  • 発表場所: 交野市(グリーンビレッジ交野), 大阪府
  • 年月日: 2011-11-26
• [学会発表] Characterization of an organic thin film device under operational condition by fluorescence-yield X-ray absorption spectroscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: H.S. Kato, H. Yamane, N. Kosugi, M. Kawai
  • 学会等名: The 6th Japan-Sweden Workshop on Advanced Spectroscopy of Organic Materials for Electronic Applications (ASOMEA6)
  • 発表場所: Kaga, Ishikawa, Japan
  • 年月日: 2011-11-24
• [学会発表] Characterization of an organic thin film device under operational condition by fluorescence-yield X-ray absorption spectroscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: Hiroyuki S. Kato, Hiroyuki Yamane, Nobuhiro Kosugi, and Maki Kawai
  • 学会等名: The 6th Japan-Sweden Workshop on Advanced Spectroscopy of Organic Materials for Electronic Applications (ASOMEA6)
  • 発表場所: 国内
• [学会発表] 有機トランジスタ内部の電子状態： 蛍光収量Ｘ線吸収法による観測 (2011)
  • 著者名/発表者名: 加藤浩之, 初井宇記, 長坂将成, 山根宏之, 小杉信博, 川合真紀
  • 学会等名: 関西薄膜・表面物理セミナー2011
  • 発表場所: 国内