| 研究課題/領域番号 |
20K05331
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| 研究機関 | 横浜市立大学 |
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研究代表者 |
横山 崇 横浜市立大学, 理学部, 教授 (80343862)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 分子ダイオード / 走査型トンネル顕微鏡 / 表面構造層転移 / トンネル分光 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、ドナー性分子とアクセプター性分子を接続することで、単分子レベルで動作する分子ダイオードの実現し、その伝導メカニズムの解明を目指す。 これまで、一つの分子内にドナー性とアクセプター性を組み込んだ単一分子ダイオードが 多く調べられているが、本質的な理解には至っていないと言える。そ こで本研究では、ドナ ー性とアクセプター性を単一分子に組み込むのではなく、基板上にドナー性分子とアクセプター性分子を積層させることでダイオード構 造を作成することを目指す。その積層構造や電子状態、伝導特性の詳細を走査型トンネル顕微鏡(STM)で明らかにし、単一分子ダイオ ードへの理解を目指す。 すでに、Cu(111)表面上において、ドナー性分子としてヘキサベンゾコロネン、アクセプター性分子としてTCNQを用いていたが、さらに、基板をSi(111)-Ag表 面に変えた実験を行なっている。Si(111)-Ag表面は、Si三量体とAg三量体からなる表面構造を形成している。このSi(111)-Ag表面上にブチル基を付加したヘキサベンゾコロネン(HB-HBC)を蒸着し、77Kの走査型トンネル顕微鏡(STM)で調べたところ、ヘキサベンゾコロネン直下にあるAg三量体構造が時間変化することが明らかになった。今回、STM像の時間変化や温度変化を詳細に調べ、この構造変化の活性化エネルギーなど、定量的な解析を行った。
さらに、溶液処理による中性化を施すことで強力なドナー性ドーパントとなることが知られているベンジルビオロゲン(BV)分子を分子薄膜上に表面蒸着することも検討している。中性化したBV分子は溶液中に存在するため、溶液からの真空蒸着が可能なエレクトロスプレーイオン化法が適していると考えられる。
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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
表面上にドナー性分子とアクセプター性分子を積層させることで、分子ダイオード作成を目指している。すでに、Cu(111)表面上において、ドナー性分子として ヘキサベンゾコロネン、アクセプター性分子としてTCNQを用いることでダイオード特性を確認している。一昨年から、本研究では基板をSi(111)-Ag表面に変えた実験を行なっている。Si(111)-Ag表面は、活性な Si表面をAgで終端させることで不活性かつ金属的な表面となることが知られており、Si三量体とAg三量体からなる表面構造を形成している。この Si(111)-Ag表面上にブチル基を付加したヘキサベンゾコロネン(HB-HBC)を蒸着し、走査型トンネル顕微鏡 (STM)で調べることで、その特異な吸着構造を明らかにしている。さらに、77Kの低温STM観察によって、HB-HBC直下にあるAg三量体構造が時間変化し、その変化がトンネル電流を通して検出できることが明らかになった。元々、Si(111)-Ag表面では、Ag三量体の大小が、150K以下の低温で固定化することが知られている。現在、HB-HBC上でのトンネル電流の時間変化や温度変化を詳しく調べており、この構造変化の活性化エネルギーなど、定量的な解析を行っている。この変化は、基板表面の電子状態にも影響するため、ダイオード特性にも影響すると考えられる。
これとは別に、表面上に形成した分子単分子層へのドーピング法の開発も試みている。まず、溶液処理による中性化を施すことで強力なドナー性ドーパントとなることが知られているベンジルビオロゲン(BV)分子の表面蒸着も試みた。中性化したBV分子は溶液中に存在するため、溶液からの真空蒸着が可能なエレクトロスプレーイオン化法を用いた。Au(111)表面に蒸着後にSTM観察したところ、単一分子観察することができ、複数の異性体構造が確認できた。
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| 今後の研究の推進方策 |
現在、Si(111)-Ag表面上において、HB-HBC分子直下のAg3量体の構造変化の詳細を、観察温度を変えるなどして詳しく調べているところである。実験を進めるとともに、この構造変化のメカニズムや電子状態変化を分子軌道計算などを駆使して明らかにするとともに、TCNQが積層した場合への影響などを明らかにしたい。また、中性化処理を施すことで強力なドナー性ドーパントとなるビオロゲン分子のエレクトロスプレーイオン化法を用いた真空蒸着に成功しているので、分子薄膜上に積層させ、その伝導特性等を調べる予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
コロナの影響で、装置の改良が予定よりも後ろ倒しになってしまったため。
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