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2014 年度 実績報告書

単分子接合の原子・電子構造決定手法の開拓

研究課題

研究課題/領域番号 24245027
研究機関東京工業大学

研究代表者

木口 学  東京工業大学, 理工学研究科, 教授 (70313020)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2016-03-31
キーワード単分子接合 / 電気伝導度
研究実績の概要

今年度は特に、SERSと伝導度の同時計測により顕著な成果が得られた。単分子接合形成時にはBDT分子振動に由来するラマンシグナル強度の局所的な増強が観測された。ラマンシグナル強度の増強は、局在表面プラズモン共鳴による電場増強と、分子―電極金属間の電荷移動による共鳴によって説明できる。単分子接合における環の収縮振動は、片側のチオール基がAu表面に吸着した場合と比べて20 cm-1程度レッドシフトした。振動モードのレッドシフトは、両側のチオール基が吸着した事で電極からBDTの反結合性軌道への電子移動量が増え、分子内結合の結合次数が低下した事を示している。SERS計測により、BDTが両端のチオール基を介してAu電極に吸着した構造で単分子接合を形成している事が明らかとなった。電流電圧特性をBreit-Wignerの共鳴伝導モデルを用いてフィッティングする事により、分子―金属間のカップリングの強さと、Auフェルミ準位-伝導軌道間のエネルギー差を求めた。これによりAu-BDT接合のE0は0.86 eV, Γは0.14, 0.052, 0.015 eVの3種類の値を取る事が分かった。先行研究との比較により3つのカップリング強度の差はAu表面におけるBDT分子の吸着サイトの違いによって説明出来る。ここで興味深いことに、最もカップリングの大きな接合でのみ分子接合のSERSが観測された。単分子接合形成時におけるカップリングと電気伝導度は正の相関を示し、分子内振動の波数はカップリングに対して負の相関を示した。カップリングと電気伝導度の正の相関は共鳴伝導モデルで明らかなように、大きなカップリング値が大きな電子透過率を与える事に由来している。カップリングと振動数の負の相関は、カップリングが強くなるほどAu電極からBDTの反結合性軌道への電子移動量が増える事で分子の結合次数が低下したためと考えられる。

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

今年度までに単分子接合の熱起電力計測装置、単分子接合の伝導特性とSERSの同時計測装置を構築し、単分子接合に適用することに成功しているから。

今後の研究の推進方策

最終年度は、ショットノイズの計測装置の完成を目指す。ショットノイズ計測により、単分子接合の電子状態を解明することができる。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (10件) (うち査読あり 10件、 謝辞記載あり 8件) 学会発表 (3件)

  • [雑誌論文] Highly conductive single naphthalene and anthracene molecular junction with well-defined conductance2015

    • 著者名/発表者名
      C. Liu, S. Kaneko, Y. Komoto, S. Fujii, and M. Kiguchi
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett.

      巻: 106 ページ: 103103(1-4)

    • DOI

      10.1063/1.4914501

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Surface Enhanced Raman Scattering of a Single Molecular Junction2015

    • 著者名/発表者名
      R. Matsushita, M. Kiguchi
    • 雑誌名

      PCCP

      巻: 17 ページ: 21254-21260

    • DOI

      10.1039/C4CP04906C

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Photochromic reaction of the diaryethene derivative on Au nanoparticles2015

    • 著者名/発表者名
      R. Takahashi, S. Kaneko, S. Fujii and M. Kiguchi
    • 雑誌名

      Adv. Nat. Sci.: Nanosci. Nanotechnol.

      巻: 6 ページ: 015006(1-5)

    • DOI

      10.1088/2043-6262/6/1/015006

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Temperature Dependence of the Thermopower and its Variation of the Au Atomic Contact2015

    • 著者名/発表者名
      R. Matsushita, S. Kaneko, S. Fujii, H. Nakamura and M. Kiguchi
    • 雑誌名

      Nanotechnology

      巻: 26 ページ: 045709(1-6)

    • DOI

      10.1088/0957-4484/26/4/045709

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Extension of photopolymerization region from the nanoscale to the macroscopic scale using a chemically amplified photoresist2015

    • 著者名/発表者名
      R. Takahashi, S. Kaneko, S. Fujii and M. Kiguchi
    • 雑誌名

      Bull. Chem. Soc. Jpn.

      巻: 88 ページ: 277-282

    • DOI

      10.1246/bcsj.20140243

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Fabrication of Single Linear Aromatic Molecule Junction with High Formation Probability2014

    • 著者名/発表者名
      C. Liu, S. Kaneko, Y. Komoto, S. Fujii, M. Kiguchi
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Exp

      巻: 7 ページ: 105201

    • DOI

      doi:10.7567/APEX.7.105201

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Highly stable Au atomic contacts covered with benzenedithiol in ambient condition2014

    • 著者名/発表者名
      D. Murai, T. Nakazumi, S. Fujii, Y. Komoto, K. Tsukagoshi, C. Motta, M. Kiguchi
    • 雑誌名

      PCCP

      巻: 16 ページ: 15662-15666

    • DOI

      10.1039/c4cp01950d.

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Metal atomic contacts under defined environmental conditions2014

    • 著者名/発表者名
      T. Nakazumi, S. Kaneko, M. Kiguchi
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. C

      巻: 118 ページ: 7489-7493

    • DOI

      10.1021/jp5012318

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Additive Electron Pathway and Non-additive Molecular Conductance by Using a Multipodal Bridging Compound2014

    • 著者名/発表者名
      M. Kiguchi, Y. Takahashi, S. Fujii, M. Takase, T. Narita, M. Iyoda, M. Horikawa, Y. Naitoh, and H. Nakamura
    • 雑誌名

      J. Phys. Chem. C

      巻: 118 ページ: 5275-5283

    • DOI

      10.1021/jp4100262

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Single molecular resistive switch obtained via sliding multiple anchoring points and varying effective wire length2014

    • 著者名/発表者名
      M. Kiguchi, T. Ohto, S. Fujii, K. Sugiyasu, S. Nakajima, M. Takeuchi, and H. Nakamura
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc.

      巻: 136 ページ: 7327-7332

    • DOI

      10.1021/ja413104g

    • 査読あり
  • [学会発表] Investigation on nano scale molecular dynamics using enhanced field at the metal nano gap2014

    • 著者名/発表者名
      M.Kiguchi
    • 学会等名
      The 7th International workshop on advanced materials science
    • 発表場所
      Halong (Vietnam)
    • 年月日
      2014-11-04
  • [学会発表] 機能性分子を用いた単分子素子開発2014

    • 著者名/発表者名
      木口学
    • 学会等名
      第1回資源研フォーラム
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2014-10-22
  • [学会発表] Single molecular dynamics using the surface enhanced raman scattering2014

    • 著者名/発表者名
      M. Kiguchi
    • 学会等名
      van der Waals colloquium
    • 発表場所
      Leiden (Netherlands)
    • 年月日
      2014-09-05

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公開日: 2016-06-03  

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