電気化学エピタキシーによる光機能性単一分子ワイヤの構築

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電気化学は液相中に溶解させた物質を外部電場で制御しながら基板に堆積させることが出来る有効なナノ構造構築法である。これまで電気化学的手法により金属や分子のナノワイヤの形成が報告されてきた。しかしながら単一分子レベルでの極微ワイヤ構造の作成には成功していない.我々は、電気化学を用い液相中で1本の導電性高分子を長さ・密度・方向・形を電気パルス印加により制御しながら大面積に形成させる新しい技術"電気化学エピタキシャル重合"を開発した。この技術はモノマー(分子細線原料)を含んだ電解質溶液中において、ヨウ素原子で表面修飾した原子平坦金属電極にパルス電圧を印加することにより、基板の表面原子配列に沿ってモノマーの逐次的な電解重合を起こさせ単一分子細線を形成させる原理に基づいている。チオフェンモノマーを含む電解質溶液中で電気化学エピタキシャル重合により生成した単一ポリチオフェンワイヤ列は、ヨウ素表面のある1軸に沿って成長した(1層あたりの高さ約3Å)。印加パルス数を増加させると、1層目がヨウ素-金(111)表面を覆った後、2層目が成長することが分かった。すなわちヨウ素-金(111)基板上の単分子層を鋳型にして、その上に分子ワイヤの成長が始まることを意味している。更に印加パルス数を増加させると(200パルス、約20層積層、膜厚7nm)、更に分子ワイヤの積層が1分子レベルで続き、1軸配向を維持したままの分子ワイヤ結晶構造が得られることが明らかになった。構造は1μmの広い面積で1方向に配列した高い配向構造を有することが分かった。