走査型プローブ顕微鏡による高次π空間系分子の精密電子物性計測と電子機能の発現

2012 年度 実績報告書

• 研究領域: 高次π空間の創発と機能開発
• 研究課題/領域番号: 20108011
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 真島 豊 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 教授 (40293071)
• 研究期間 (年度): 2008-04-01 – 2013-03-31
• キーワード: 走査型トンネル顕微鏡 / 走査トンネルスペクトロスコピー / ナノギャップ電極 / 分子デバイス / π共役系分子

研究実績の概要

本新学術領域研究で合成される高次に組織化されたπ空間系分子の分子軌道を分子分解能走査型トンネル顕微鏡（STM）で観察し、走査型トンネルスペクトロスコピー（STS）により分子内コンダクタンスを精密に計測することにより、π空間系分子の新しい電子機能を明らかにすることを目的としている。また、無電解めっきを用いて作製したギャップ長５ｎｍのナノギャップ電極に、π空間系分子を埋め込んだ分子デバイスを作製することを目的としている。本年度は、京都大学大須賀研究室にて新たな電子材料としての応用が期待される14 個の π 電子に起因した芳香族化合物であるトリベンゾサブポルフィンのホウ素上アルキル基置換誘導体を合成して頂き、分子分解能STM/STSを用いて分子配向およびエネルギー準位の評価を行った。トリベンゾサブポルフィン誘導体がSTM Tip先端についた状態で、基板上のトリベンゾサブポルフィン誘導体分子上でSTSのマッピング測定を行ったところ、サンプル電圧が-1.9Vで、相対する２つの分子のHOMO-LUMO間で共鳴トンネル現象が起き、分子－分子間のトンネル現象に起因して負性微分抵抗現象を繰り返し観察し、「分子共鳴トンネルダイオード」として機能することを明らかにした。また、東北大磯部研究室にて合成された環状ナフタレン分子[6]CNAPおよび[7]CNAPのSTM像の観察を試み、ドーナッツ状の分子軌道を観察した。分子デバイスの作製に向けては、ナノギャップ電極のギャップ長を無電解金メッキの自己停止反応により２ｎｍ以下にする手法を確立し、ナノギャップ間にポルフィリン誘導体を導入した分子デバイスで分子メモリ動作を確認した。

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。

研究成果

• [雑誌論文] Ideal Discrete Energy Levels in Synthesized Au Nanoparticles for Chemically Assembled Single-Electron Transistors (2012)
  • 著者名/発表者名: Shinya Kano, Yasuo Azuma, Kosuke Maeda, Daisuke Tanaka, Masanori Sakamoto, Toshiharu Teranishi, Luke W. Smith, Charles G. Smith, and Yutaka Majima
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: 6 ページ: 9972-9977
  • DOI: DOI:10.1021/nn303585g
  • 査読あり
• [雑誌論文] Robust nanogap electrodes by self-terminating electroless gold plating (2012)
  • 著者名/発表者名: Victor M. Serdio V., Yasuo Azuma, Shuhei Takeshita, Taro Muraki, Toshiharu Teranishi, and Yutaka Majima
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 4 ページ: 7161-7167
  • DOI: DOI:10.1039/C2NR32232C
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of thiol-functionalized oligo(phenylene-ethynylene)-protected Au nanoparticles by scanning tunneling microscopy and spectroscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: Hyunmo Koo, Shinya Kano, Daisuke Tanaka, Masanori Sakamoto, Toshiharu Teranishi, Gyoujin Cho, and Yutaka Majima
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: 101 ページ: 083115-1-5
  • DOI: DOI:10.1063/1.4747720
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single-Electron Transistor made by Au Nanoparticles and Nanogap Electrodes (2012)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Majima
  • 雑誌名: The Journal of the Vacuum Society of Japan 巻: 55 ページ: 328-332
  • DOI: DOI:10.3131/jvsj2.55.328
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystallization and electrical resistivity of Cu2O and CuO obtained by thermal oxidation of Cu thin films on SiO2/Si substrates (2012)
  • 著者名/発表者名: L. De Los Santos Valladares, D. Hurtado Salinas, A. Bustamante Dominguez, D. Acosta Najarro, S.I. Khondaker, T. Mitrelias, C.H.W. Barnes, J. Albino Aguiar, and Yutaka Majima
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: 520 ページ: 6368-6374
  • DOI: DOI:10.1016/j.tsf.2012.06.043
  • 査読あり
• [雑誌論文] Secondary Resonance Magnetic Force Microscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: Suguru Tanaka, Yasuo Azuma, and Yutaka Majima
  • 雑誌名: J. Appl. Phys 巻: 111 ページ: 084312-1-4
  • DOI: DOI:10.1063/1.4705400
  • 査読あり
• [雑誌論文] Logic Operations of Chemically Assembled Single-Electron Transistor (2012)
  • 著者名/発表者名: Kosuke Maeda, Norio Okabayashi, Shinya Kano, Shuhei Takeshita, Daisuke Tanaka, Masanori Sakamoto, Toshiharu Teranishi, and Yutaka Majima
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: 6 ページ: 2798-2803
  • DOI: DOI:10.1021/nn3003086
  • 査読あり
• [雑誌論文] Uniform charging energy of single-electron transistors by using size-controlled Au nanoparticles (2012)
  • 著者名/発表者名: Norio Okabayashi, Kosuke Maeda, Taro Muraki, Daisuke Tanaka, Masanori Sakamoto, Toshiharu Teranishi, and Yutaka Majima
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: 100 ページ: 033101-1-3
  • DOI: DOI:10.1063/1.3676191
  • 査読あり
• [雑誌論文] Platonic Hexahedron Composed of Six Organic Faces with an Inscribed Au Cluster (2012)
  • 著者名/発表者名: Masanori Sakamoto, Daisuke Tanaka, Hironori Tsunoyama, Tatsuya Tsukuda, Yoshihiro Minagawa, Yutaka Majima, and Teranishi Toshiharu
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc 巻: 134 ページ: 816-819
  • DOI: DOI:10.1021/ja209634g
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis, Structure, Physical Properties, and Displacement Current Measurement of an n-Type Organic Semiconductor: 2:3,5:6-Bis(1,1-dicyanoethylene-2,2-dithiolate)-quinone (2012)
  • 著者名/発表者名: Jinchong Xiao
  • 雑誌名: Aust. J. Chem 巻: 65 ページ: 1674-1678
  • DOI: 10.1071/CH12325
  • 査読あり
• [雑誌論文] Resistive Switching Effects in Metallic Nanogap Electrode Fabricated by Electroless Gold Plating (2012)
  • 著者名/発表者名: Yasuhisa Naitoh
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: 5 ページ: 085201-1-3
  • DOI: 10.1143/APEX.5.085201
  • 査読あり
• [雑誌論文] Coulomb blockade behaviors in individual Au nanoparticles as observed through noncontact atomic force spectroscopy at room temperature (2012)
  • 著者名/発表者名: Shigeki Hattori
  • 雑誌名: Nanotechnology 巻: 23 ページ: 185704-1-9
  • DOI: 10.1088/0957-4484/23/18/185704
  • 査読あり
• [雑誌論文] Moumsbauer study of contaminated soils by industrial activity in Paramonga city, Region Lima Provinces, Peru (2012)
  • 著者名/発表者名: Angel Bustamante
  • 雑誌名: Hyperfine Interactions 巻: 211 ページ: 147-152
  • DOI: 10.1007/s10751-012-0591-x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Room-Temperature Single Molecular Memory (2012)
  • 著者名/発表者名: Shinya Kano
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 105 ページ: 053101-1-3
  • DOI: 10.1063/1.3676191
  • 査読あり
• [学会発表] Electroless Gold Plating Processes for the Fabrication of Nanogap Electrodes (2013)
  • 著者名/発表者名: Serdio Victor
  • 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（神奈川県）
  • 年月日: 2013-03-27 – 2013-03-30
• [学会発表] 分子定規無電解金メッキ法（MoREP）によるナノギャップ電極の断面観察 (2013)
  • 著者名/発表者名: 武下宗平
  • 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（神奈川県）
  • 年月日: 2013-03-27 – 2013-03-30
• [学会発表] Aluminum Oxide Passivated Chemically Assembled Single-Electron Transistors (2013)
  • 著者名/発表者名: Guillaume Hackenberger
  • 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（神奈川県）
  • 年月日: 2013-03-27 – 2013-03-30
• [学会発表] ボトムアップ単電子トランジスタによる 2-bit A/D コンバータ (2013)
  • 著者名/発表者名: 青山詠樹
  • 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（神奈川県）
  • 年月日: 2013-03-27 – 2013-03-30
• [学会発表] チオール基を有するオリゴフェニレンエチニレン誘導体保護Auナノ粒子の統計的スイッチ現象 (2013)
  • 著者名/発表者名: 加納伸也
  • 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（神奈川県）
  • 年月日: 2013-03-27 – 2013-03-30
• [学会発表] Room Temparature Memory Operation in a Solid-State Device based on Thiol-Functionalized Oligo(Phenylene-Ethynylene)-Protected Gold Nanoparticles (2013)
  • 著者名/発表者名: Daniel Hurtado
  • 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（神奈川県）
  • 年月日: 2013-03-27 – 2013-03-30
• [学会発表] 金ナノギャップ電極中に導入した[6,6]-Phenyl-C61-Butyric Acid Methyl Esterの非弾性トンネル効果の測定 (2013)
  • 著者名/発表者名: 東康男
  • 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（神奈川県）
  • 年月日: 2013-03-27 – 2013-03-30
• [学会発表] ３座CN基を有するトリプチセンのAu(111)上のSAM形成 (2013)
  • 著者名/発表者名: 川本 慎
  • 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（神奈川県）
  • 年月日: 2013-03-27 – 2013-03-30
• [学会発表] Nanogap Separation Control on Electrikess Gold Plated (EGP) Nanogap Electrodes for Molecular Devices (2012)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Majima
  • 学会等名: 4th International Symposium on Emergence of Highly Eleborated π-Space and Its Function
  • 発表場所: Hamanako Royal Hotel (Shizuoka pref.)
  • 年月日: 2012-11-13 – 2012-11-14
• [学会発表] Nanogap Electrodes Towards Molecular Devices by Molecular Ruler Electroless Gold Plating(MoREP) (2012)
  • 著者名/発表者名: Victor M. Serdio V.
  • 学会等名: 4th International Symposium on Emergence of Highly Eleborated π-Space and Its Function
  • 発表場所: Hamanako Royal Hotel (Shizuoka pref.)
  • 年月日: 2012-11-13 – 2012-11-14
• [学会発表] Discrete Energy Levels in Synthesized Au Nanoparticle for Chemically Assembled Single-electron Transistors (2012)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Majima
  • 学会等名: International Conference on Nano Science and Nano Technology (ICNST)2012
  • 発表場所: Korea Photonics Technology Institute (Gwangju, Korea)
  • 年月日: 2012-11-08 – 2012-11-09
  • 招待講演
• [学会発表] Discrete Energy Levels in Synthesized Au Nanoparticle by Chemically Single-Electron Transistors (2012)
  • 著者名/発表者名: Shinya Kano
  • 学会等名: Solid State Devices and Materials (SSDM2012)
  • 発表場所: Kyoto International Conference Center (Kyoto pref.)
  • 年月日: 2012-09-25 – 2012-09-27
• [学会発表] 無電解金メッキ表面のSTM観察 (2012)
  • 著者名/発表者名: 川本慎
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学城北地区、松山大学文教キャンパス（愛媛県）
  • 年月日: 2012-09-11 – 2012-09-14
• [学会発表] Temperature Dependence in Molecular Ruler Electroless Gold Plating(MoREP) Process for Nanogap Electrodes (2012)
  • 著者名/発表者名: Serdio Victor
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学城北地区、松山大学文教キャンパス（愛媛県）
  • 年月日: 2012-09-11 – 2012-09-14
• [学会発表] 無電解金メッキ法によるナノギャップ電極のギャップ長精密制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 武下宗平
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学城北地区、松山大学文教キャンパス（愛媛県）
  • 年月日: 2012-09-11 – 2012-09-14
• [学会発表] Room Temperature Couulomb Oscillation in Chemically Assembled SET with SiNx Passivation Layer (2012)
  • 著者名/発表者名: Daniel Hurtado
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学城北地区、松山大学文教キャンパス（愛媛県）
  • 年月日: 2012-09-11 – 2012-09-14
• [学会発表] Availability of Silicon Nitride Passivation to Chemically Assembled Single-Electron Transistors (2012)
  • 著者名/発表者名: Guillaume Hackenberger
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学城北地区、松山大学文教キャンパス（愛媛県）
  • 年月日: 2012-09-11 – 2012-09-14
• [学会発表] ランダムテレグラフシグナルの観察によるボトムアップ単電子トランジスタの単電子検出 (2012)
  • 著者名/発表者名: 加納伸也
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学城北地区、松山大学文教キャンパス（愛媛県）
  • 年月日: 2012-09-11 – 2012-09-14
• [学会発表] Room Temperature Solid-State Molecular Device by Using Porphyrin Derivatives (2012)
  • 著者名/発表者名: Daniel Hurtado
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学城北地区、松山大学文教キャンパス（愛媛県）
  • 年月日: 2012-09-11 – 2012-09-14
• [学会発表] 数百MHz の交流磁場観察を可能とする引力モード磁気力顕微鏡 (2012)
  • 著者名/発表者名: 東康男
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学城北地区、松山大学文教キャンパス（愛媛県）
  • 年月日: 2012-09-11 – 2012-09-14
• [学会発表] Room Temperature Operating Solid-State Molecular Device by Using Porphyrin Derivatives (2012)
  • 著者名/発表者名: Daniel E. Hurtado S.
  • 学会等名: KJF International Conference on Organic Materials for Electronics and Photonics(KJF 2012)
  • 発表場所: Tohoku Univ. (Miyagi pref.)
  • 年月日: 2012-08-29 – 2012-09-01
• [学会発表] Temperature Dependence in Molecular Ruler Electroless Gold Plating(MoREP) for Nanogap Electrodes (2012)
  • 著者名/発表者名: Victor M. Serdio V.
  • 学会等名: KJF International Conference on Organic Materials for Electronics and Photonics(KJF 2012)
  • 発表場所: Tohoku Univ. (Miyagi pref.)
  • 年月日: 2012-08-29 – 2012-09-01
• [学会発表] 2 nm Nanogap Electrodes by Molecular Ruler Electroless Gold Plating (MoREP) with Decamethonium Bromide (2012)
  • 著者名/発表者名: Shuhei Takeshita
  • 学会等名: KJF International Conference on Organic Materials for Electronics and Photonics(KJF 2012)
  • 発表場所: Tohoku Univ. (Miyagi pref.)
  • 年月日: 2012-08-29 – 2012-09-01
• [学会発表] Secondary Resonance Magnetic Force Microscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: Yasuo Azuma
  • 学会等名: The 6th International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics (STAC-6)
  • 発表場所: Mielparque Yokohama (Kanagawa pref.)
  • 年月日: 2012-06-26 – 2012-06-28
• [図書] 高次π空間の創発と機能開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 真島 豊
  • 総ページ数: 245
  • 出版者: シーエムシー出版