単分子化学による構造化ナノグラフェンの表面合成

点击翻译按钮获取中文摘要

近年の走査型プローブ顕微鏡の計測技術の向上とともに、単分子の構造を直接的に観察することができるようになった。本研究では、その計測技術を用いて、金属表面上に蒸着して加熱により小分子を反応させる表面化学反応の開発と、その生成物である炭素ナノ薄膜の電気特性の評価および機能開発を目的とした。加熱により誘発される表面化学反応を開発した。現在の表面合成においてもっとも一般的に用いられている反応は、ホモカップリングのウルマンタイプである。しかし、多様な構造を合成するためには、異なる部位を意図した方向で連結できるヘテロカップリングの実現が重要である。そこで、有機合成で一般的に保護基として用いられているＴＭＳ基とC-Cl部位との間で反応する薗頭タイプの表面反応を開発した。これにより、異なるユニットを交互に配置させたオリゴマーの生成を実現した。これまでにヘテロアトムを炭素ナノ構造体に導入する試みがされてきた。しかし、表面合成では用いる前駆体分子の制限により、Siなどの重い14族元素の導入が困難であった。そこで、表面科学で一般的な電子線加熱蒸着でSi原子をあらかじめ金表面に吸着させ、その場で分子と反応させることで、Siを含んだ2次元の炭素ナノ薄膜の合成を実現した。2015年に受入研究者が合成したホウ素を含有したグラフェンナノリボンは下地の金基板に強く吸着し、そのままでは電気特性の計測が困難であった。そこで、AuSix薄膜を用いたインターカレーション膜を生成することで計測を試みた。その過程で、Si原子がホウ素サイト上に化学結合し、また、探針によって除去できることが分かった。この探針による構造変化を行うことで、導入したホウ素に起因して発生した近藤ピークを検出することに成功した。これら外国人特別研究員が主導的に行った研究以外にも、受入研究者が推進している研究にも積極的に参画し、多くの研究成果を挙げた。