高秩序高分子ナノ組織体における光機能プロセスの基礎解析

高度有序聚合物纳米组件中光学功能过程的基础分析

• 批准号: 00J06267
• 负责人: 松井 淳
• 金额: $ 1.92万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-00J06267/
• 关键词: Langmuir-Blodgett膜; ナノデバイス; 論理演算素子; 光誘起電子移動

本研究では高分子Langmuir-Blodgett(LB)膜を分子素子への応用が可能な材料ととらえ、その基礎的性質に関して検討を行っている。高分子LB膜は分子レベルでの積層体の構築であるため様々な機能を有する薄膜を順次積層することにより新規な機能発現が期待できる。そこで今年度はヘテロ積層体を用いた光機能素子の作製を試みた。前年度までの研究結果より優れた高分子LB膜を示しかつ膜厚が1nmと非常に薄いために層間の相互作用が起こりやすいtert-ペンチルアクリルアミド(tPA)またはneo-ペンチルメタクリルアミド(nPMA)をベースとして用い、芳香族色素としてピレン、フェナンスレンおよびアントラセンを共重合により導入した高分子p(tPA/PyMA),p(tPA/Phen),p(nPMA/AMMA)を合成した。また電子ドナー性を有するジメチルアニリン(DMA)、アクセプター性を有するジニトロベンゼン(DNB)を有する高分子p(tPA/DMA)、p(tPA/DNB)合成した。これらすべての高分子は水面上で安定な単分子膜を形成しLB法により基板に転写することが可能であった。そこで芳香族LB膜と電子ドナー、アクセプターLB膜との光誘起電子移動を応用した、光スイッチング素子、光駆動型論理演算素子の作製を試みた。1.光スイッチング素子;p(tPA/PyMA),p(tPA/DMA),p(tPA/DNB)のヘテロ積層膜を銀基板上に作製し、ピレンの励起にともなうヘテロ積層膜の光学的変化を利用することにより、銀の表面プラズモンを励起している光の強度をコントロールすることができた。プラズモンの解析よりこれはヘテロ膜において形成されたラジカル種がプラズモン励起波長において吸収を示すためであることが示唆された。2.光駆動型論理演算素子;フェナンスレンとアントラセンの励起波長を入力信号、p(tPA/Phen)とp(tPA/DNB)層間およびp(nPMA/AMMA)とp(tPA/DMA)層間での光誘起電子移動にともなう光電流を出力信号とした新規な光駆動型AND論理回路、EXOR論理回路を提案し作製を試みた。AND論理ではHighとLowの出力が約3倍離れた素子を作製することに成功した。また電流値の絶対値を出力としたEXOR論理回路ではHighとLowの出力が100倍以上離れた素子を作製することができた。

在这项研究中，我们将聚合物Langmuir-Blodgett（LB）膜视为可应用于分子设备的材料，并且我们正在研究这些膜的基本特性。由于聚合物LB膜在分子水平上被层压，因此可以通过顺序堆叠具有各种功能的薄膜来期望新的功能发展。因此，今年我们试图使用异质层压材料制造光学功能元件。使用TERT-PETYLACRYMIDE（TPA）或NEO-PENTYLMETHASACRY酰胺（NPMA）合成聚合物P（TPA/PYMA），P（TPA/PEN）和P（NPMA/AMMA）（NPMA/AMMA），该聚合物LB的层与上一年相比，与较薄的研究结果相互作用，并且在1 NM之间相互作用。和聚合物P（TPA/PEN）和P（NPMA/AMMA），通过苯乙烯，平服和蒽（作为芳族染料）共聚引入。此外，合成了包含电子供体性能的聚合物P（TPA/DMA）和P（TPA/DNB）。所有这些聚合物在水面形成稳定的单层，并能够通过LB方法转移到底物。因此，我们试图制造一个光学开关元件和光学驱动的逻辑操作元件，该元素利用芳族LB膜，电子供体和受体LB膜之间的光诱导的电子传递。 1。光学切换元件：通过在银基板上制造P（TPA/PYMA），P（TPA/DMA）和P（TPA/DNB）的异质层压膜，并利用由Pyrene兴奋而造成的杂型膜的光学变化，这是由于Pyrene激发而导致的。等离子分析表明，这是因为在等离子体上的激发波长处形成的杂感中形成的自由基物种。 2。光驱动逻辑元素； We proposed and tried to fabricate a novel optically driven AND logic circuit, EXOR logic circuit, using the excitation wavelengths of phenanthrene and anthracene as the input signal, and output signal using photocurrent associated with photoinduced electron transfer between p(tPA/Phen) and p(tPA/DNB) layers and between p(nPMA/AMMA) and p(tPA/DMA) layers as the output signal.使用和逻辑，我们成功地制造出了高和低的输出元素，约为三倍。此外，在输出当前值的绝对值的Exor Logic电路中，可以制造出高和低的输出的元素，彼此之间的高度超过100倍以上。

项目成果

Jun Matsui, Masaya Mitsuishi, Tokuji Miyashita: "A Study on Fluorescence Behavior of Pyrene at the Interface of Polymer Langmuir-Blodgett Films"The Journal of Physical Chemistry B. 106. 2468 (2002)

Jun Matsui、Masaya Mitsuishi、Tokuji Miyashita：“聚合物 Langmuir-Blodgett 薄膜界面上芘荧光行为的研究”物理化学杂志 B. 106. 2468 (2002)

Jun Matsui, Masaya Mitsuishi, Atsushi Aoki, Tokuji Miyashita: "Optical Logic Operation Based on Polymer Langmuir-Blodgett Film Assembly"Angewandte Chemie International Edition. (accepted).

Jun Matsui、Masaya Mitsuishi、Atsushi Aoki、Tokuji Miyashita：《基于聚合物 Langmuir-Blodgett 薄膜组件的光逻辑运算》Angewandte Chemie 国际版。