光誘起電子移動の単分子レベル計測手法の開発とエネルギー変換デバイスへの展開

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26288070
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 西野 智昭 東京工業大学, 理学院, 准教授 (80372415)
• 研究分担者: 椎木 弘 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70335769)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 分析化学 / 生体機能利用 / 表面・界面物性 / 1分子計測（SMD） / 原子・分子物理 / 分子探針

研究実績の概要

光誘起電子移動を単分子レベルにて計測できる手法の開発を行った．単分子レベルにおける電子輸送について最近多数の研究報告がなされているものの，光誘起電子移動の単分子検出は報告がなく，本研究が初めてのものである．計測には，モデル系として，フラーレン（C60）とポルフィリン（Por）を用いた．即ち，STMの金属製探針にフラーレン分子を固定化し（C60分子探針），これをPorのごく近傍まで接近させた後，両者の距離を徐々に引き離しながら光照射下にてC60－Por間の電流を計測した．このような測定により，光励起されたPorからC60探針への光誘起電子移動の単分子検出できることを明らかにした．
さらに，本年度は計測系の改善を行った．昨年度までは基板としてAu表面を用い，ここに試料ポルフィリン分子を固定化し測定を行っていた．しかし，Au表面はエネルギー移動によってポルフィリンの励起状態を消光することが知られている．従って，この消光を防ぐことができれば，昨年度までに観測することに成功した単分子の光誘起電子移動をより精度よく検出できると期待できる．そこで，Auに変え酸化インジウムスズ（ITO）を基板として用いた．ITOは3 eV程度のバンドギャプを有していることから，上記の消光の原因となるエネルギー移動を防げることがバルクの測定から明らかになっている．実験では，ITO基板上にシランカップリング，さらに求核置換反応によりポルフィリンを固定した．フラーレン分子探針を用い，光照射下にて電流計測を行ったところ，Auを基板として用いた場合よりもより大きな光誘起電子移動を観測することに成功した．計測の精度向上により，生体分子などより複雑な系に対しても適用可能性が拡がったものと期待できる．

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

28年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Specific single-molecule detection of glucose in a supramolecularly designed tunnel junction (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Nishino, H. Shiigi, M. Kiguchi, T. Nagaoka
  • 雑誌名: Chem. Comm. 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1039/C6CC09932G
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Gap Width-independent Spectra in ATP Surface Enhanced Raman Scattering stimulated in Au-gap Array (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Watanabe, S. Kaneko, S. Fujii, T. Nishino, S. Kasai, K. Tsukagoshi, M. Kiguchi
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] Controlling the Formation Process and Atomic Structures of Single Pyrazine Molecular Junction by Tuning the Strength of the Metal-Molecule Interaction (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Kaneko, R. Takahashi, S. Fujii, T. Nishino, M. Kiguchi
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 巻: 19 ページ: 9843-9848
  • DOI: 10.1039/C6CP08862G
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of Electronic Structure of the Single-molecule Junction Based on Current-Voltage Measurement and Thermopower Measurement-Application to C60 Single-molecule Junction (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Komoto, Y. Isshiki, S. Fujii, T. Nishino, M. Kiguchi
  • 雑誌名: Chem. Asian J. 巻: 12 ページ: 440-445
  • DOI: 10.1002/asia.201601392
  • 査読あり
• [雑誌論文] In-situ Observation of Formation Process of Free Standing Au Nano Wire with Scanning Electron Microscope (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Aiba, S. Kaneko, S. Fujii, T. Nishino, K. Tsukagoshi, M. Kiguchi
  • 雑誌名: Nanotechnology 巻: 28 ページ: 105707
  • DOI: 10.1088/1361-6528/aa59f0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Atomic structure of water/Au, Ag, Cu and Pt atomic junction (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Li, S. Kaneko, S. Fujii, T. Nishino, M. Kiguchi
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 巻: 19 ページ: 4673-4677
  • DOI: 10.1039/C6CP07549E
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of the energy barrier for failure of Au atomic contact based on temperature dependent current-voltage characteristics (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Aiba, S. Kaneko, S. Fujii, T. Nishino, M. Kiguchi
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 巻: 18 ページ: 21586-21589
  • DOI: 10.1039/C6CP03437C
  • 査読あり
• [雑誌論文] Atomic and Electronic Structures of Single Oxygen Molecular Junction with Au, Ag and Cu Electrodes (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Li, S. Kaneko, Y. Komoto, S. Fujii, T. Nishino, M. Kiguchi
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 120 ページ: 16254-16258
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.6b04862
  • 査読あり
• [雑誌論文] Scanning Tunnelling Microscopy Analysis of Octameric o-Phenylenes on Au(111) (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Marques-Gonzalez, S. Fujii, T. Nishino, Y. Shoji, F. Ishiwari, T. Fukushima, M. Kiguchi
  • 雑誌名: RSC Advances 巻: 6 ページ: 55970-55975
  • DOI: 10.1039/C6RA07173B
  • 査読あり
• [雑誌論文] Determination of the number of atoms present in nano contact baed on shot noise measuremsnts with highly stable nano fabricated electrodes (2016)
  • 著者名/発表者名: R. Takahashi, S. Kaneko, S. Marques-Gonzalez, S. Fujii, T. Nishino, K. Tsukagoshi, M. Kiguchi
  • 雑誌名: Nanotechnology 巻: 27 ページ: 295203
  • DOI: 10.1088/0957-4484/27/29/295203
  • 査読あり
• [雑誌論文] Resolving metal-molecule interfaces at single-molecule junctions (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Komoto, S. Fujii, H. Nakamura, T. Tada, T. Nishino, M. Kiguchi
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 6 ページ: 26606
  • DOI: 10.1038/srep26606
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of the Ag Ion Insertion on Electron Transport through Au Ion Wires (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Fujii, S. Kanae, M. Iwane, T. Nishino, T. Osuga, T. Murase, M. Fujita, M. Kiguchi
  • 雑誌名: Chem. Lett. 巻: 45 ページ: 764-766
  • DOI: 10.1246/cl.160286
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single Tripyridyl-Triazine Molecular Junction with Multiple Binding Sites (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Iwane, S. Fujii, T. Nishino, M. Kiguchi
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 120 ページ: 8936
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.5b12728
  • 査読あり
• [雑誌論文] Site selection in single-molecule junction for highly reproducible molecular electronics (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Kaneko, D. Murai, S. Marques-Gonzalez, H. Nakamura, Y. Komoto, S. Fujii, T. Nishino, K. Ikeda, K. Tsukagoshi, M. Kiguchi
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 138 ページ: 1294-1300
  • DOI: 10.1021/jacs.5b11559
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of the Molecule-Metal Interface on Surface Enhanced Raman Scattering of 1.4-Benzenedithiol Molecule (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Suzuki, S. Kaneko, S. Fujii, S. Marques-Gonzalez, T. Nishino, M. Kiguchi
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 120 ページ: 1038-1042
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.5b10385
  • 査読あり
• [学会発表] インターカレーションによるＤＮＡ単分子の電気伝導特性の制御 (2017)
  • 著者名/発表者名: 原島 崇徳・西野 智昭
  • 学会等名: 日本化学会第97春季年会
  • 発表場所: 慶應義塾大学 日吉キャンパス
  • 年月日: 2017-03-16 – 2017-03-19
• [学会発表] 電子デバイス応用を指向した高分子のナノスケール電気伝導特性の計測 (2017)
  • 著者名/発表者名: 村上 諒・西野 智昭
  • 学会等名: 日本化学会第97春季年会
  • 発表場所: 慶應義塾大学 日吉キャンパス
  • 年月日: 2017-03-16 – 2017-03-19
• [学会発表] STM分子探針を用いた生体分子の単分子電気伝導度測定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小堺 隆史・西野 智昭
  • 学会等名: 日本化学会第97春季年会
  • 発表場所: 慶應義塾大学 日吉キャンパス
  • 年月日: 2017-03-16 – 2017-03-19