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有機/無機ナノ接合におけるゆらぎ特性の解明

公募研究

研究領域分子ナノシステムの創発化学
研究課題/領域番号 23111713
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関大阪大学

研究代表者

山田 亮  大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (20343741)

研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2013-03-31
研究課題ステータス 完了 (2012年度)
配分額 *注記
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2012年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2011年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
キーワード単分子接合 / ゆらぎ / 単分子エレクトロニクス / 有機/無機接合 / 分子エレクトロニクス / ノイズ
研究実績の概要

有機/無機接合が示す電気特性のうち、確率共鳴現象などへの活用が期待されているゆらぎ(ノイズ)特性を評価するため、有機/無機接合の素要素である有機分子一つが電極に架橋した単分子接合の電気伝導特性とノイズを測定することを目的としていた。
まず、目的を達成するため、単分子接合を安定して測定可能な測定装置を作製した。室温にて電極を精密に破断することで単分子接合を作製する装置を開発し、単分子接合が特徴的な二値間を数十Hz程度で行き来するテレグラフタイプのノイズを示すことを明らかにした。また、このノイズに加え、数kHzにおよぶ1/fタイプのノイズを示すことを明らかにした。
これらの特性は電極構造や電極/分子接合部の構造変化に由来すると考えられる。構造変化の活性化エネルギーをしるために、温度を変化させることのできる装置を開発した。極低温(4K)まで冷却可能なクライオスタットに取り付けることが可能で、1E-5Paの環境下でも動作する装置を設計、試作した。通常、真空チャンバー外部から粗動機構を機械的に連動させるが、熱流入やより簡便な取り扱いを可能とするため、ピエゾステップモーターを利用することで、機械的接点のない小型装置を実現した。動作テストでは、数十K程度までの冷却が可能で、動作も予定通り行うことができた。
ノイズと伝導機構の関係に関しての知見をえるため、有機薄膜トランジスタや太陽電池を利用したノイズ測定を試みた。ゲート電圧印加に伴いノイズ特性(電流増加にともなうノイズ強度の増加率)が変化した。この変化は、伝導機構が拡散電流から空間電荷制限電流に変化したことにより説明できる成分と、さらに過剰な成分からなっていた。さらに過剰な成分は、有機薄膜内部での伝導経路がパーコレーション的なネットワーク構造をしていることに帰属可能であることがわかり、ノイズ特性により伝導機構を議論できることが分かった。

現在までの達成度 (段落)

24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

24年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2012 実績報告書
  • 2011 実績報告書
  • 研究成果

    (24件)

すべて 2013 2012 2011

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (20件) (うち招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Universal Temperature Crossover Behavior of Electrical Conductance in a Single Oligothiophene Molecular Wire2012

    • 著者名/発表者名
      SK. Lee, R. Yamada, S. Tanaka, GS. Chang, Y. Asai and H. Tada
    • 雑誌名

      ACS Nano.

      巻: 6 号: 6 ページ: 5078-5082

    • DOI

      10.1021/nn3006976

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Completely Encapsulated Oligothiophenes : Synthesis, Properties, and Single-Molecule Conductance2011

    • 著者名/発表者名
      Y.Ie, M.Endou, S.K.Lee, R.Yamada, H.Tada, Y.Aso
    • 雑誌名

      Angew.Chem.Int.Ed.

      巻: 50 号: 50 ページ: 11980-11984

    • DOI

      10.1002/anie.201104700

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Low frequency noise in organic solar cells2011

    • 著者名/発表者名
      H.Katsu, Y.Kawasugi, R.Yamada, H.Tada
    • 雑誌名

      roceedings of the IEEE 21st International Conference on Noise and Fluctuations, ICNF 2011

      ページ: 77-79

    • DOI

      10.1109/icnf.2011.5994389

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 分子ワイヤーの電荷輸送機構2011

    • 著者名/発表者名
      山田亮、田中彰治、多田博一
    • 雑誌名

      表面科学

      巻: 32 号: 10 ページ: 616-621

    • DOI

      10.1380/jsssj.32.616

    • NAID

      10029759690

    • ISSN
      0388-5321, 1881-4743
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 単分子接合の磁気抵抗効果:結合部依存性2013

    • 著者名/発表者名
      金松東成
    • 学会等名
      第60回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      神奈川工科大学(厚木)
    • 年月日
      2013-03-28
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Thermoelectricity in Ni Nanocontact2013

    • 著者名/発表者名
      See Kei Lee
    • 学会等名
      第60回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      神奈川工科大学(厚木)
    • 年月日
      2013-03-28
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 強磁性電極/分子接合のスピン依存電導特性2013

    • 著者名/発表者名
      山田 亮
    • 学会等名
      日本化学会第93春季年会
    • 発表場所
      立命館大学 びわこ・くさつキャンパス
    • 年月日
      2013-03-20
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Thermoelectric voltage of atomic contacts of Ni electrodes2012

    • 著者名/発表者名
      See Kei Lee
    • 学会等名
      6th International meeting on molecular electronics
    • 発表場所
      Grenoble, Franc
    • 年月日
      2012-12-04
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Magnetoresistance of single molecular junction2012

    • 著者名/発表者名
      Ryo Yamada
    • 学会等名
      The 6the International Workshop on Advanced Materials Science and Nanotechnology
    • 発表場所
      Ha Long City, Vietnam
    • 年月日
      2012-10-31
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Thermoelectric Measurements of Nanojunctions2012

    • 著者名/発表者名
      See Kei Lee
    • 学会等名
      2012 MRS Fall Meeting
    • 発表場所
      Boston, USA
    • 年月日
      2012-10-28
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 金属/単分子/金属接合の電気伝導測定2012

    • 著者名/発表者名
      山田 亮
    • 学会等名
      日本物理学会2012年秋季大会
    • 発表場所
      横浜国立大学
    • 年月日
      2012-09-19
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Magnetoresistance of single molecular junctions using ferromagnetic electrodes2012

    • 著者名/発表者名
      Ryo Yamada
    • 学会等名
      4th International Meeting on Spins in Organic Semiconductors
    • 発表場所
      London, UK
    • 年月日
      2012-09-10
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Magnetoresistance of Ni/Benzenedithiol/Ni Single Molecular Junctions at Room Temperature2012

    • 著者名/発表者名
      Ryo Yamada
    • 学会等名
      2012 MRS Spring Meeting
    • 発表場所
      San Francisco, USA
    • 年月日
      2012-04-10
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] 強磁性電極を用いた単分子接合の磁気抵抗特性2012

    • 著者名/発表者名
      野口元輝, 山田亮, 夛田博一
    • 学会等名
      2012年春季第59回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      早稲田大学早稲田キャンパス(東京都)
    • 年月日
      2012-03-26
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 単分子接合における巨大磁気抵抗効果2012

    • 著者名/発表者名
      野口元輝, 山田亮, 夛田博一
    • 学会等名
      日本物理学会第67回年次大会
    • 発表場所
      西宮(関西学院大学)
    • 年月日
      2012-03-16
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Magnetoresistance of Uni-Molecular Junctions with Ferromagnetic Electrodes2012

    • 著者名/発表者名
      Motoki Noguchi, Ryo Yamada, Hirokazu Tada
    • 学会等名
      7th Annual IEEE International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems
    • 発表場所
      京都(京都大学吉田キャンパス)
    • 年月日
      2012-03-06
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 単分子接合における磁気抵抗効果2012

    • 著者名/発表者名
      山田亮
    • 学会等名
      分子ナノシステムの創発化学第3会公開シンポジウム
    • 発表場所
      大阪(大阪科学技術センター)(招待講演)
    • 年月日
      2012-02-04
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Giant magnetoresistance of nickel/single-molecule/nickel junctions2011

    • 著者名/発表者名
      M.Noguchi, R.Yamada, H.Tada
    • 学会等名
      International Symposium on Surface Science
    • 発表場所
      東京(タワーホール船橋)
    • 年月日
      2011-12-12
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Giant magnetoresistance of Ni/single-molecule/Ni junctions studied by a mechanically controllable break junction method2011

    • 著者名/発表者名
      Motoki Noguchi, Ryo Yamada, Hirokazu Tada
    • 学会等名
      7th Handai Nanoscience and Nanotechnology International Symposium
    • 発表場所
      大阪(大阪大学吹田キャンパス)
    • 年月日
      2011-11-11
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Magnetoresistance of single molecular junctions2011

    • 著者名/発表者名
      Ryo Yamada
    • 学会等名
      China-Japan Joint Symposium on Current and Future Molecular Electronics
    • 発表場所
      南京(中国)
    • 年月日
      2011-10-25
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Temperature Dependent Charge Transport Mechanisms in Single Olight hiophene Molecule2011

    • 著者名/発表者名
      Lee Seekei, Ryo Yamada, Shoji Tanaka, Hirokazu Tada
    • 学会等名
      China-Japan Joint Symposium on Current and Future Molecular Electronics
    • 発表場所
      南京(中国)
    • 年月日
      2011-10-25
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Ni/ベンゼンジチオール/Ni単分子接合における磁気抵抗効果の印加磁場角度依存性2011

    • 著者名/発表者名
      野口元輝, 山田亮, 夛田博一
    • 学会等名
      第72回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      山形(山形大学)
    • 年月日
      2011-09-01
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 有機太陽電池の低周波ノイズ測定II2011

    • 著者名/発表者名
      勝秀昭, 川椙義高, 山田亮, 夛田博一
    • 学会等名
      第72回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      山形(山形大学)
    • 年月日
      2011-09-01
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Low frequency noise in organic solar cells2011

    • 著者名/発表者名
      Hideaki Katsu, Yoshitaka Kawasugi, Ryo Yamada, Hirokazu Tada
    • 学会等名
      21st International Conference on Noise and Fluctuations
    • 発表場所
      トロント(カナダ)
    • 年月日
      2011-06-13
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書

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公開日: 2011-04-06   更新日: 2018-03-28  

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