単一分子ワイヤの超階層制御

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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。表面核埋め込み法により、広い面積でポリチオフェンを1分子レベルで重合させ二次元結晶を作成することに成功した。今年度は以下の研究を行った。チオフェン3量体であるターチオフェン分子(3T)を含む電解質溶液にヨウ素で表面修飾した金(111)基板を浸し電圧パルスを印加し表面核を埋め込む。次にモノマーのみを含む電解質溶液中に核埋込基板を浸し電圧パルスを印加した。驚くべきことに1軸方向に伸びた長いワイヤが生成することが分かった。現在最長で200nmの長さを持つ分子細線の作成に成功している。基板表面上のヨウ素原子配列は1軸対称に変化していることが分かった。分子ワイヤもこれに伴い1軸成長したものと考えられる。分子ワイヤは二次元表面を隙間なく一方向に埋めることが分かった。また1ミクロン角の広い範囲で一方向に整列することが分かった。