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金ナノ粒子集積体の構築と量子伝導挙動に関する研究

金纳米粒子聚集体的构建及量子传导行为研究

基本信息

批准号：
09J04618
负责人：
野田祐樹
金额：
$ 0.9万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

平成22年度の研究目的は金ナノ粒子-ダブルデッカー集積体の電子および幾何学的構造を検討し、量子伝導挙動を検討することでトンネル電子と磁性イオンとの相関を検討することであった。結果、後述したように、金ナノ粒子間の量子的な伝導電子と保護有機分子の磁性イオンが相関した、これまでにない電子輸送特性の観測に成功した。これにより本研究テーマの目的である、ナノ粒子間の量子伝導と機能性有機分子の電子構造との相関の系統的理解、及びナノスケールの複合構造に基づく分子エレクトロニクス素子実現にむけての基礎を確立することに成功した。上記した研究目的を確実に達成するために、機能性分子として、希土類フタロシアニンダブルデッカー錯体(LnPc_2)に着目し、この錯体と金ナノ粒子(AuNP)が物理吸着により連結された集積体を合成した。具体的には希土類イオンに4f軌道が閉殻のLu^<3+>、1次の磁気異方性をもつTb^<3+>の2種を用い比較検討した。キャラクタリゼーションの結果、錯体はフタロシアニンのπ環状平面とAuNP表面とが平行になる配置で、AuNPを安定化していた。集積体の電子輸送特性を抵抗の温度依存性、I-V特性から比較検討した。結果、4f軌道が閉殻の電子構造を有するLuPc_2-AuNP集積体において、LuPc_2はトンネル障壁として機能し、粒子間を伝導する電子は単一電子トンネリングであることを明らかにした。また、伝導挙動のクロスオーバーが発現する温度領域とその意味を帯電エネルギー(Ec)から厳密に説明することができた。一方、TbPc_2-AuNP集積体において量子伝導電子と希土類イオンの磁性が相関した特異な量子伝導挙動が15～20K以下の低温領域で発現することを見出した。Ecの観点から予想される、単一電子トンネリングが発現するべき30K以下の温度領域において、TbPc2はトンネル障壁を通過する電子を強く非弾性的に散乱することで単一電子トンネリングを抑制していた。このように両者の電子輸送特性の差異は錯体の4f電子と粒子間の量子伝導電子の観点から説明することが可能であった。

The purpose of this research in 2002 was to investigate the electron and geometric structure of particle aggregates, quantum conductivity and correlation. As a result, the quantum electron transport between particles and the magnetic properties of organic molecules were successfully measured. The purpose of this study is to establish the basis for quantum conduction between particles and the electronic structure of functional organic molecules, and to establish the basis for the realization of quantum conduction between particles. In this paper, the aim of the research is to ensure the synthesis of functional molecules and rare earth particles (LnP_2) by physical adsorption and linking. The specific 4f orbitals of rare earth species are compared with those of closed shell Lu ^<3 +> and first-order magnetic anisotropy Tb ^<3 +>. As a result, the π-ring plane and AuNP surface are parallel to each other, and AuNP is stabilized. The electron transport characteristics of the aggregate are temperature dependent, and I-V characteristics are compared. The results show that the electronic structure of the 4f orbitals has a closed shell structure. LuP_2-AuNP aggregates function as a barrier and interparticle conduction. The temperature range and the meaning of the temperature range and the temperature range of the temperature range of the temperature range and the temperature range of the temperature range of the temperature range are different. The correlation between quantum conduction electron and rare earth magnetic properties in TbPc_2-AuNP aggregates and their special quantum conduction properties have been found in low temperature regions below 15~20 K. Ec points are expected to occur at temperatures below 30 K, TbPc 2 is expected to pass through a barrier, and electrons are expected to be strongly dispersed. The difference in electron transport characteristics between the two particles is explained by the difference in electron transport characteristics between the particles and the particles.