自己組織化π共役分子ワイヤーの伝導機構解明と物性制御

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一分子が金属電極間に架橋された"金属-分子-金属"構造を有する単分子接合は、一分子電気伝導計測のモデルシステムであるとともに、単分子デバイスへの応用が期待される魅力的な研究対象である。この様なナノスケール領域における単分子電気伝導では、金属-分子接合界面の電子状態が、電気伝導機構に大きく影響すると考えられている。なかでも、π共役系分子では、非局所化した分子軌道により大きな金属-分子間相互作用が生じると考えられ、界面電子状態と電気伝導の相関を明らかにすることが特に重要である。昨年度までの光電子分光等による界面電子状態の評価から、これまで広く用いられてきた金-硫黄接合にかわり、金-セレン接合が電気的接続に有利な金属-単分子接合であることを示唆する結果が得られた。そこで、これらの接合界面電子状態とπ共役分子の単分子電気伝導の相関を明らかにするため、金-硫黄接合と金-セレン接合を有するオリゴチオフェン単分子接合を形成し、これらの単分子電気伝導を比較した。機械的破断接合(MCBJ)法によって、それぞれの単分子コンダクタンスを測定した結果、金-セレン接合において金-硫黄接合よりも高い単分子コンダクタンスが得られた。これは、分光測定結果からの予測と一致しており、接合界面の電子状態によって、単分子コンダクタンスが制御可能であることを実証した。更に、非弾性電子トンネル分光(IETS)測定を行い、振電相互作用計算との比較を行った結果、電気伝導の経路が分子の最高被占有軌道(HOMO}に由来する電子状態であると分かった。以上の結果から、金属-分子接合によってフェルミ準位まで広がったHOMOが、単分子電気伝導の起源であることが明らかとなった。.