固体表面上の高秩序分子認識系を利用する分子モザイクの創成と構造解析

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超高真空下、低温に保持したグラファイトの劈開面にメラミン(M)とシアヌル酸(C)を単独でまたは交互に蒸着して単・多分子層(厚さO.3nm〜)を形成後、基板を室温まで昇温しながらペニングイオン化電子スペクトルと紫外光電子スペクトルの変化を追跡した。また、M、Cの1分子と会合体のモデル構造に対して非経験的分子軌道(MO)計算を行い、次の結論を得た。(1)低温で形成した単一成分の単分子層において分子は幾分ランダムな配向をとる。昇温により分子が次第にflat-on配向で配列するとともに水素結合が導入され、室温で安定な六方ネットワークが形成される。これは単分子層内で起こる分子の自己組織化である。特にMの場合は、水素結合の生成に基づく窒素の非結合性のMOの著しい分裂、非結合性MOとNH結合性MOのペニングイオン化確率の減少、アミノ基の水素結合に関与しない水素のls原子軌道の寄与の大きなMOの形成を検出できた。一方、CはMに比べ、スペクトルの温度変化が小さく、低温で既に多くの分子がネットワークに参加している可能性がある。(2)再冷却したM単分子層の上にC単分子層を形成してから室温にした2分子層は、各単独成分膜のスペクトルにはない新しいバンドを持つスペクトルを与える。また、蒸着順序を逆にしても本質的に同じスペクトルが得られる。この変化は、上層と下層の分子の交換が起こり各分子が異種の分子を認識して選択的に結合し、ヘテロネットワーク(面内の2軸方向に0.6nmの周期で組成が変わるモザイク構造)の2層膜が生成することに基づく。(3)ヘテロネットワーク上にその一方の成分を0.5層分だけ蒸着すると、分子は同種分子上のサイトに移動して留まる。二成分系多分子層の上下層間では、同種分子の間に指向性のある何らかの相互作用が働き、自己組織化しているかのようにみえる。