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2019 年度 実績報告書

グラフェン欠陥構造に現れる局在スピン状態の制御

研究課題

研究課題/領域番号 17K04971
研究機関東京工業大学

研究代表者

藤井 慎太郎  東京工業大学, 理学院, 特任准教授 (70422558)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード走査型トンネル顕微鏡 / ブレイクジャンクション法 / 電気伝導度 / グラフェン
研究実績の概要

グラフェンは高い電荷移動度を有するため、電子デバイス材料として注目されている。一方、グラフェンをナノサイズ化した、有限の幅を持つリボン状のグラフェンはグラフェンナノリボンと呼ばれている。グラフェンナノリボンでは、エッジ効果や電子閉じ込め効果によりその電子物性が大きく変調される。これまで、アセン前駆体の表面特異的な重合反応を用いたボトムアップ手法によりジグザグエッジを両端に持つグラフェンナノリボンを合成した。吸着させる前駆体分子の表面密度を適切に選択することで、分子長が数ナノメートル程度の短いグラフェンナノリボンの合成に成功している。そして、STMとブレイクジャンクション法を駆使することで、グラフェンナノリボンの輸送特性と局在スピン状態を明らかにした。
グラフェンナノリボンを作製した金(111)表面上において、STM金探針と金(111)表面の間の点接触と破断を繰り返すことで、微小な金電極を作製した。針と表面の間に作製された金電極の間にグラフェンナノリボンを捕捉することで分子接合を形成させた。伝導度計測結果の統計的な解析から、数ナノメートル程度の分子長を示すグラフェンナノリボンは高い電気伝導度を示した(>0.1 G0)。ここで、G0は量子化コンダクタンス(G0= 2e^2/h)である。
また、分子長が数ナノメートル程度のグラフェンナノリボンについて、密度汎関数法に基づいた理論計算を行った。その結果、両端のジグザグエッジに局在スピン状態が発生することを理論的に確認した。グラフェンナノリボンに特徴的な局在スピンの相互作用により単分子の電気伝導度が変化すること、そして、グラフェンナノリボンの長さに応じて、局在スピンの相互作用の大きさが変化するため、電気伝導度が変調されることを明らかにした。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 1件、 査読あり 7件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Hybrid Molecular Junctions Using Au-S and Au-π Bindings2020

    • 著者名/発表者名
      S. Fujii, M. Iwane, S. Furukawa, T. Tada, T. Nishino, M. Saito, M. Kiguchi
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. C

      巻: 124 ページ: 9261-9268

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.9b11725

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Selective Formation of Molecular Junctions with High and Low Conductance States by Tuning the Velocity of Electrode Displacement2020

    • 著者名/発表者名
      Y. Isshiki, S. Fujii, T. Nishino, M. Kiguchi
    • 雑誌名

      Phys. Chem. Chem. Phys.

      巻: 22 ページ: 4544-4548

    • DOI

      10.1039/C9CP06487G

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electric-Field-Controllable Conductance Switching of an Overcrowded Ethylene Self-Assembled Monolayer2019

    • 著者名/発表者名
      S. Fujii, M. Koike, T. Nishino, Y. Shoji, T. Suzuki, T. Fukushima, M. Kiguchi
    • 雑誌名

      Electric-Field-Controllable Conductance Switching of an Overcrowded Ethylene Self-Assembled Monolayer

      巻: 141 ページ: 18544-18550

    • DOI

      10.1021/jacs.9b09233

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Tuneable single-molecule electronic conductance of C60 by encapsulation2019

    • 著者名/発表者名
      S. Fujii, H. Cho, Y. Hashikawa, T. Nishino, Y. Murata, M. Kiguchi
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 21 ページ: 12606-12610

    • DOI

      10.1039/C9CP02469G

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Identifying the Molecular Adsorption Site of a Single Molecule Junction Through Combined Raman and Conductance Studies2019

    • 著者名/発表者名
      S. Kaneko, E. Montes, S. Suzuki, S. Fujii, T. Nishino, K. Tsukagoshi, K. Ikeda, H. Kano, H. Nakamura, H. Vázquez, M. Kiguchi
    • 雑誌名

      Chem. Sci.

      巻: 10 ページ: 6261-6269

    • DOI

      10.1039/C9SC00701F

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Investigation of Ag and Cu Filament Formation inside the Metal Sulfide Layer of an Atomic switch based on Point Contact Spectroscopy2019

    • 著者名/発表者名
      A. Aiba, R. Koizumi, T. Tsuruoka, K. Terabe, K. Tsukagoshi, S. Kaneko, S. Fujii, T. Nishino, M. Kiguchi
    • 雑誌名

      ACS Appl. Mater. Inter.

      巻: 130 ページ: 27178-27182

    • DOI

      10.1021/acsami.9b05523

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Control of Molecular Orientation in Single-Molecule Junction with Tripodal Triptycene Anchoring Unit: Toward Simple and Facile Single-Molecule Diode2019

    • 著者名/発表者名
      S. Fujii, F. Ishiwari, Y. Komoto, L. Su, Y. Yamagata, A. Kosaka, A. Aiba, T. Nishino, T. Fukushima, M. Kiguchi
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys

      巻: 58 ページ: 035003

    • DOI

      10.7567/1347-4065/ab0436

    • 査読あり
  • [学会発表] ナノグラフェンの電子状態と伝導特性2019

    • 著者名/発表者名
      藤井慎太郎, 木口学
    • 学会等名
      日本化学会第99春季年会 甲南大学(岡本キャンパス)
  • [学会発表] Charge Transport though Individual Graphene Nanoribbons2019

    • 著者名/発表者名
      S. Fujii, M. Kiguchi
    • 学会等名
      21st IVC Conference (IVC-21) Malmo, Sweden
    • 国際学会
  • [学会発表] Single-Molecule Charge Transport Study on Nanocarbon Materials2019

    • 著者名/発表者名
      S. Fujii
    • 学会等名
      nternational Symposium on Molecular Science 2019 Tokyo
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 単分子の伝導特性と機能性2019

    • 著者名/発表者名
      藤井慎太郎
    • 学会等名
      2019年電子情報通信学会総合大会 早稲田大学(西早稲田キャンパス)
    • 招待講演

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公開日: 2021-01-27  

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