| 研究領域 | 分子アーキテクトニクス：単一分子の組織化と新機能創成 |
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| 研究課題/領域番号 |
25110002
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
小川 琢治 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (80169185)
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| 研究分担者 |
田中 啓文 九州工業大学, 生命体工学研究科(研究院), 教授 (90373191)
山下 健一 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 講師 (40468145)
谷 洋介 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (00769383)
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| 研究期間 (年度) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| キーワード | 単一分子電子素子 / 単一分子整流子 / 単一分子磁石 / 負の微分抵抗 |
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| 研究実績の概要 |
(1)設計性に優れたポルフィリンアレイの合成法を開発した。この方法を用いて多彩な配列のポルフィリンアレイを合成し、それらの光・電気特性、単一分子電気特性を行った。末端にチオール基を持つ自由な配列のポルフィリンアレイを合成する手法を開発し、これらの単一分子電気特性を計測した。その結果、ポルフィリン自体がアンカーとして機能し、単一分子でスライドスイッチ的振る舞いをする分子が実現出来た。
(2)メタル・ポルフィリンイミド単一分子ダイオードの電気特性を測定した。ポルフィリンの中心金属を変えることで分子の整流比が変化することが明らかになった。この整流比は、単層カーボンナノチューブに同じ分子を架橋したときとほぼ同じ値であり、混合物の単層カーボンナノチューブを用いても、間に入る分子が全体の電気特性を支配することが明らかになった。
(3)テルビウム・ポルフィリンダブルデッカー錯体は、プロトンが付いた形の中性体では単一分子磁石性(SMM)が存在しないが、アニオン体では現れることを報告している。この分子は、単一分子でメモリ機能を持つ可能性があり興味深い。今回は、平面性の高いオクタエチルポルフィリン(OEP)を用いて、このテルビウム錯体を合成し、中性体、アニオン体、ラジカル体を別途に合成して、そのバルクでの磁性とHOPG表面での自己組織化を研究した。また、Au(111)上にプロトンを持つOEPダブルデッカー型錯体の単層膜を作成し、STMでの電子注入で、SMM性を有するラジカル体を一分子単位でAu(111)上にパターニングする事に成功した。
(4)種々にポリオキソメタレート(POM)／有機分子複合体を合成し、その単一分子電気特性を計測し、再現性良く負の微分抵抗が観測された。POM/単層カーボンナノチューブネットワークにおいて、観測されるパルス発振現象が、POM濃度により制御できた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
実験は予定通りに進展している。現在、これまでの研究成果を論文として投稿中である。これらのことから、概ね順調に進展していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
(1)メタル・ポルフィリンイミド単一分子ダイオード整流性の機構を明らかにするため、分子の方向が制御できる分子を合成して、その単一分子電気特性を計測することで、整流性の方向を決定する。(2)ポルフィリン－イミド単分子整流子を用いて、積分型閾値素子を実現する。 (3)単一分子磁石として働くTb縮環型ポルフィリンダブルデッカー誘導体をナノグラファイト上に自己組織化させた素子を作成し、単一分子磁気抵抗効果を計測し、メモリ効果を検討する。(4)POM／有機分子複合体の単分子電気特性を系統的に調べて、設計通りの負の微分抵抗(NDR)挙動をする分子を設計・合成できるようにする。(5)カーボンナノチューブ電極で三端子単一分子素子を作り、多探針STMなどで世界初の三端子単分子計測を行う。 (6)２次元のCMOSアレイを作成して、そのゲート電極を露出した回路を作り、その上にカーボンナノチューブ／POM複合体を乗せた素子を作る。ゲート電極によりその周辺の電荷分布を検知できるように設定すると、パルス発振に伴う電荷の変化が２次元的に広がっていく様子を観測できる。この系を利用して画像処理に応用できないかの検討を行う。
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