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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09J04618/
• 关键词: 金ナノ粒子; 希土類フタロシアニンダブルデッカー; ナノ粒子集積体; 物理吸着; 単一電子トンネル伝導; 帯電エネルギー; 非弾性的散乱; ポルフィリン誘導体; ファンデルワールス相互作用; ES-VRH; 量子伝導

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。

Pp.47-53 22 year の research purpose は gold ナ ノ particles - ダ ブ ル デ ッ カ ー integrated の electronic お よ び geometry structure を beg し 検, quantum 伝 guide 挙 を beg す 検 る こ と で ト ン ネ ル と magnetic イ オ ン と の phase masato を beg す 検 る こ と で あ っ た. Results, after the Assyrian し た よ う に, gold ナ ノ の between particles of quantum な 伝 guide electronic と protection organic molecules の magnetic イ オ ン が phase masato し た, こ れ ま で に な い electronic transport properties の 観 に measuring success し た. こ れ に よ り this study テ ー マ の purpose で あ る, ナ ノ の between particles of quantum 伝 guide と functional organic molecular electronic structure の と の phase masato の system understanding, and び ナ ノ ス ケ ー ル の composite structure に base づ く molecular エ レ ク ト ロ ニ ク ス element child be presently に む け て の based を す る こ と に successful し た. Written し た research purpose を indeed be に reached す る た め に, functional molecular と し て, greek-turkish フ タ ロ シ ア ニ ン ダ ブ ル デ ッ カ ー misprinted (LnPc_2) に し, こ の misprinted と gold ナ ノ particle physics (AuNP) が sorption に よ り link さ れ た set integrated を synthetic し た. Specific に は greek-turkish class イ オ ン に 4 f orbital が closed shell の Lu ^ > < 3 +, 1 の magnetic 気 different sexual を も つ Tb ^ < 3 + > two を の comparing い beg し 検 た. キ ャ ラ ク タ リ ゼ ー シ ョ ン の results, misprinted は フ タ ロ シ ア ニ ン の PI ring plane と AuNP surface と が parallel に な る configuration で, AuNP を stabilization し て い た. The <s:1> electron transport characteristics of the integrated body を resistance to <s:1> temperature dependence and I-V characteristics ら ら comparison 検 discussion of <s:1> た. Results, 4 f orbital が の electronic structure を has closed shell す る LuPc_2 AuNP - collection of integrated に お い て, LuPc_2 は ト ン ネ ル barrier と し て function し, between particles を 伝 guide す る electronic は 単 an electronic ト ン ネ リ ン グ で あ る こ と を Ming ら か に し た. ま た, 伝 guide 挙 の ク ロ ス オ ー バ ー が 発 now す る temperature field と そ の mean を 帯 electric エ ネ ル ギ ー (Ec) か ら 厳 dense に illustrate す る こ と が で き た. Side, TbPc_2 AuNP - collection of integrated に お い て quantum 伝 guide electronic と greek-turkish class イ オ ン の magnetic が phase masato し た specific な quantum 伝 guide 挙 が 15 ~ 20 k の under low temperature field で 発 now す る こ と を shows し た. Ec の 観 point か ら to think さ れ る, 単 a electronic ト ン ネ リ ン グ が 発 now す る べ き に の temperature field under 30 k お い て, TbPc2 は ト ン ネ ル barrier を through す る electronic を strong く non 弾 に scattered す る こ と で 単 an electronic ト ン ネ リ ン グ を inhibit し て い た. こ の よ う に struck is の electronic transport properties の differences は misprinted の 4 f electronic と の 伝 quantum conductivity between particles の 観 point か ら illustrate す る こ と が may で あ っ た.

项目成果

テルビウムフタロシアニンダブルデッカー錯体-金ナノ粒子複合体の磁気特性

铽酞菁双层络合物-金纳米粒子复合材料的磁性能

• 发表时间: 2012
• 作者: 野田祐樹・野呂真一郎・久保和也・芥川智行・中村貴義

Electron transport in a gold nanoparticle assembly structure stabilized by a physisorbed porphyrin derivative

• DOI: 10.1103/physrevb.82.205420
• 发表时间: 2010-11-12
• 期刊: PHYSICAL REVIEW B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Noda, Yuki;Noro, Shin-ichiro;Nakamura, Takayoshi
• 通讯作者: Nakamura, Takayoshi

ポルフィリン誘導体-金ナノ粒子複合構造の作製

卟啉衍生物-金纳米粒子复合结构的制备

• 发表时间: 2009
• 作者: 野田祐樹;野呂真一郎;芥川智行;中村貴義
• 通讯作者: 中村貴義

金ナノ粒子-ポルフィリン誘導体からなる集積体の電気伝導挙動

金纳米颗粒和卟啉衍生物聚集体的导电行为

• 发表时间: 2009
• 作者: 野田祐樹;芥川智行;野呂真一郎;中村貴義
• 通讯作者: 中村貴義

Novel Gold Nanoparticle Assemblies Connected by Double-decker Phthalocyanine Complex through van der Waals Interactions

新型金纳米颗粒组件通过范德华相互作用由双层酞菁复合物连接

• 发表时间: 2010
• 作者: Yuki Noda;Shin-ichiro Noro;Tomoyuki Akutagawa;Takayoshi Nakamura;野田祐樹;野田祐樹
• 通讯作者: 野田祐樹