固体表面上DNAオリゴマーの高分解能低温STM観察と操作

点击翻译按钮获取中文摘要

現在、DNAは分子エレクトロニクスの素子として注目されているが、DNAを素子として用いたデバイスを、Si(001)上で実現するためには、DNA中の異なるそれぞれの官能基が、シリコン表面とどのように反応するかについて研究する必要がある。そこで、DNAに含まれるカルボニル基とSi(001)表面の反応性について研究を行った。カルボニル化合物にはアセトンを選択し、反応温度を変化させることにより、Si(001)との間で起こる二種類の競争反応が、どのような機構を介して起こっているのか、ということに関して、走査型トンネル顕微鏡を用いて研究した。その結果、低温では環化付加反応が優先的に起こり、高温では解離反応が優先的に起こることが示された。環化付加反応が優先的に起こる低温においてSi(001)表面を分子と反応させ、次に、解離反応が優先的に起こる高温でそのサンプルを加熱し、変化が起こるかどうかを調べた。その結果、環化付加によって生じた4員環が、さらなる加熱によって解離反応種へ変化することが明らかとなった。さらに密度汎関数法を用いて2種類の吸着種の安定性を計算したところ、4員環のほうが解離反応種よりも不安定であることが示された。以上の結果から、分子吸着は可逆的であり、低温では速度論的支配によって、高温では熱力学的支配によって、表面種の生成比が決定されると考えられる。また、可逆反応が起こっているという結果は、表面に弱く結合した中間体の存在を強く示唆するものである。Si(001)上で、反応温度を変化させることによって表面種の生成比を変化させうることを示すことができた。この事は、DNAデバイスにおいてばかりでなく、Si(001)を用いた分子デバイス全般において、応用上大変意味のある結果である。