2013 Fiscal Year Annual Research Report
非対称、非線形単分子電気特性を示す有機・無機混成分子系の合成と機能集積化
| Project Area | Molecular Architectonics: Orchestration of Single Molecules for Novel Function |
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| Project/Area Number |
25110002
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
小川 琢治 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (80169185)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田中 大輔 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (60589399)
田中 啓文 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (90373191)
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| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| Keywords | 単一分子電子素子 / ポルフィリン / ブレークジャンクション |
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| Research Abstract |
(1)ポルフィリンアレイは、光応答性や電気伝導性など、様々な機能が期待されている分子群である。ポルフィリンアレイのエネルギー準位配列を設計することで、整流性やメモリ機能など多様な単一分子電気特性を発現するのではないかと考えた。これまでにポルフィリンアレイの合成方法は多数提案されているが、今回必要とされるような複雑なポルフィリンアレイを合成することは未だに困難であるため、より優れた合成法が求められる。本研究では、逐次合成による非常に設計性に優れたポルフィリンアレイの合成法を開発した。この方法を用いて多彩な配列を有するポルフィリンアレイの合成し、それらについて光・電気特性測定、単一分子電気測定を行った。
(2)MCBJ法による単一分子の電気特性計測装置を開発し、MPorIm単一分子の電気特性を測定した。ポルフィリンの中心金属(M)として亜鉛またはロジウム(M=Zn, Rh)を用い、金電極間架橋を可能にするために分子末端にヒドロキシル基を配した。まずMCBJ法により室温減圧下で分子吸着した電極の破断を複数回行い、その際の電気伝導度の変化を測定することで、統計的に単一分子のコンダクタンスを求めた。続いて単一分子架橋時の電流電圧(I-V)特性について測定を行ったところ、得られたI-V曲線は非対称であり、MPorImが単一分子ダイオードとして働くことが確認された。また、プラスマイナス1.5V時の電流量の比を整流比と定義したとき、亜鉛体の整流比は27であったが、ロジウム体の整流比は8であり、ポルフィリンの中心金属を換えることで分子の整流特性が変化することが示された。この整流比はSWNT架橋MPorImの測定結果と一致しており、単一分子ダイオードの配線にSWNTを用いた場合であっても、分子由来の電気特性を示すことが確認された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
（１）複雑なポルフィリンアレイの合成法が完成した。これにより高次の機能を持つ単一分子素子の合成に目処が付いた。
（２）単層カーボンナノチューブを用いて単一分子電気特性を測定したときと、金電極を用いて単一分子電気特性を測定したときで、分子依存のほぼ同じ結果が得られた。これにより、単層カーボンナノチューブを単一分子電気特性に用いる事ができることが確かめられた。これにより、三端子計測への目処が付いた。
以上二つの重要な知見により、計画通りに研究を進めることが可能である事が確認できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
（１）ポルフィリンの中心金属を変えるなどにより単一分子電気特性が変わることが確認できたが、なぜ変わるのかの理論が未だにない。今後は、理論家との共同研究により、分子構造、電子構造と、単一分子電気特性の関連を明らかにする。
（２）三端子単一分子素子の計測を実現し、入力信号と出力信号を分けた計測を行う。
（３）単一分子で負の微分抵抗が見られる分子構造に必要な要素を明らかにする。
（４）積分型閾値の性質を持つ分子の設計と合成を行う。
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