| 研究課題/領域番号 |
22310065
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
木塚 徳志 筑波大学, 数理物質系, 教授 (10234303)
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| 研究期間 (年度) |
2010-04-01 – 2015-03-31
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| キーワード | 単一分子素子 / 電子顕微鏡 / 走査プローブ顕微鏡 / その場観察 / フラーレン / ナノカーボン / カーボンナノカプセル / ナノギャップ |
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| 研究概要 |
本研究の目的は、次世代を担う単一分子デバイスをマクロシステムに集積化するときの材料設計の基本となる個々の単一分子デバイスの原子配列構造と物性を解明し、構造と物性の関係を系統立てて整理することである。このために、申請者がこれまでに開発してきた透過型電子顕微鏡法を基盤とする原子直視法を用いた。本年度は、この趣旨に沿って、以下の3項目に関して研究を進めた。
１．単一分子素子の主構成要素となる種々ナノカーボン分子の合成：液―液界面フラーレン結晶析出法およびガス中蒸発法によって、中空のカーボンナノカプセルとその内部に金属と金属炭化物を内包したカーボンナノカプセルを合成した。合成に関する基礎条件が把握された。
２．合成したナノカーボン分子の構造解析：項目１で合成した種々のナノカーボン分子を、単一分子素子に組み入れる前に、その構造を通常の高分解能電子顕微鏡法で解析した。特に、金属と金属炭化物を内包したカーボンナノカプセルでは、その特性はカプセル内部の異種物質とカプセルの殻であるグラフェン層との界面に大きな影響を受けるために、この界面の原子配列を解析した。この結果、安定な界面方位関係と原子配列、および界面の層間距離を明らかにすることができた。層間距離に関する成果は、内部界面を解析できる本手法でのみ得られるものであり、現在急激に研究開発が広まっているグラフェンの応用に大きく貢献すると期待された。
３．単一分子素子の作製と観察：項目2で解析を進めたナノカーボンの中で、コバルトおよび炭化コバルトを内包したカーボンナノカプセルを個別に操作して、単一分子素子を作製した。この作製過程を高分解能観察から明らかにした。また、作製した素子の電気伝導を測定し、この素子の伝導はナノカプセル内部を通過する伝導よりも、カプセル表面の伝導が大きく影響することが明らかになった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本年度の目的は、単一分子接合デバイスの中核となる、ナノカーボン（フラーレン分子、特に巨大なフラーレン分子であるカーボンナノカプセル）を合成すること、各ナノカーボンの構造解析、およびナノカーボンを用いた単一分子素子の作製とそのプロセス解析である。本年度の成果では、これらの目的が十分に達成された。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度までの成果で、多くの種類の金属および金属を内包したカーボンナノカプセルが合成できるようになった。今後は合成したナノカーボン分子を用いて、多彩な単一分子接合素子を作製し、その過程を解析する。また、分子を挟むナノメートルサイズの金属電極にも注目し、電極間のギャップ（間隔）と先端の形状とサイズを分子レベルにまで微細化する。そして、この微細化した電極用いたときの単一分子素子の構造と特性を明らかにして、単一分子素子の機能に及ぼす各因子を把握する。
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