伝導度計測に基づく単一分子スケールにおける表面電位三次元計測法の開発

基于电导率测量的单分子尺度表面电势三维测量方法的发展

• 批准号: 21H01959
• 负责人: 西野 智昭
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01959/
• 关键词: 単分子接合; STM; 電気化学; 電気二重層; DNA

近年，ナノ科学・テクノロジーへの興味の高まりを背景に，優れた機能を有するnmスケールの微小構造体が盛んに開発されている．これに伴い，微小構造体の化学的特性，物性の計測を可能とする，高い空間分解能を有する分析法が強く求められている．固体最表面に対しては原子スケールにおける計測法が精力的に開発されている一方，高さ方向に空間分解能を有する計測法は未踏領域として残されている．そこで，本研究では，多岐にわたる化学現象に関与する表面電位に着目し，電極最表面だけでなく，高さ方向にもサブnmオーダーの空間分解能を有する表面電位の三次元計測法を開発することを目的とする．開発する手法では，単分子電位計を開発しこれをDNAに結合させることにより表面からの高さを規定し，高さ分解能を実現する．令和3年度においては，足場となるDNAの伝導特性，および電極への結合様式について検討した．令和4年度では，これらの知見に基づき，単分子電位計としてMBを導入したDNA（MB-DNA）の伝導特性を評価した．走査型トンネル顕微鏡を用いた単分子電気伝導計測によりMB-DNAはMB未修飾DNAに比べ伝導度が低下すること，またこれはトンネル障壁の増加に起因することを明らかにした．さらに，電気化学環境下，電極電位に依存してMB-DNAの単分子伝導度が変化することが分かった．

近年来，具有出色功能的纳米级微观结构已积极发展，其背景是对纳米科学和技术的兴趣越来越多。因此，对具有高空间分辨率的分析方法的需求很大，该方法允许测量微观结构的化学性质和物理特性。虽然原子量表测量方法已经为固体的最外表面积极开发，但在高度方向上具有空间分辨率的测量方法仍未开发。因此，这项研究的重点是参与广泛的化学现象涉及的表面电位，并旨在开发出三维测量方法的表面电位方法，并以空间分辨率的亚NM顺序分辨率，不仅在电极的顶部表面，而且在高度方向上。要开发的方法涉及开发单分子电表并将其与DNA结合以从表面定义高度，从而实现高度分辨率。在2021年，我们研究了充当支架的DNA的电导率特性以及与电极的结合方法。在2022财年，根据这些发现，我们评估了将MB作为单分子静电计引入MB的DNA（MB-DNA）的电导率特征。使用扫描隧道显微镜的单分子电导率测量表明，MB-DNA的电导率低于MB未移动的DNA，这是由于隧道屏障的增加所致。此外，发现MB-DNA的单分子电导率取决于电化学环境中的电极电位。

项目成果

Molecule‐Electrode Interfaces Controlled by Bulky Long‐Legged Ligands in Organometallic Molecular Wires

有机金属分子线中大体积长腿配体控制的分子电极界面

• DOI: 10.1002/admi.202202464
• 发表时间: 2023
• 期刊: Advanced Materials Interfaces
• 影响因子: 5.4
• 作者: Tanaka Yuya;Bae Yeana;Ogasawara Fumiya;Suzuki Keita;Kobayashi Shuji;Kaneko Satoshi;Fujii Shintaro;Nishino Tomoaki;Akita Munetaka
• 通讯作者: Akita Munetaka

Single-Molecule Electric Switching Induced by Acid-base Reaction

酸碱反应诱导的单分子电开关

• DOI: 10.1246/cl.210088
• 发表时间: 2021
• 期刊: Chemistry Letters
• 影响因子: 1.6
• 作者: Yoshihara Yuki;Fujii Shintaro;Higashibayashi Shuhei;Kiguchi Manabu;Nishino Tomoaki
• 通讯作者: Nishino Tomoaki

A Metal Alkynyl Molecular Wire with PN ligands: Synthesis, Isomerization, Physical Properties and Single-Molecule Conductance

• DOI: 10.1016/j.ica.2022.121211
• 发表时间: 2022-09
• 期刊: Inorganica Chimica Acta
• 影响因子: 2.8
• 作者: Yuya Tanaka;A. Okamoto;S. Fujii;T. Nishino;M. Akita

チオフェン環を介した単分子接合の界面構造のSERS計測による観測

使用 SERS 测量观察通过噻吩环的单分子连接的界面结构

• 发表时间: 2021
• 作者: Sen;Abhijit;Sato;Takuma;Ohno;Aya;Baek;Heeyoel;Yamada;Yoichi M. A..;小林柊司，金子哲，塚越一仁，西野智昭
• 通讯作者: 小林柊司，金子哲，塚越一仁，西野智昭

SERS計測によるナフタレンチオール二量体の電子輸送特性の解明

通过 SERS 测量阐明萘硫醇二聚体的电子传输特性

• 发表时间: 2022
• 作者: Lin Haifeng;Kasai Nahoko;Xu Ning;Nakajima Hizuru;Kato Shungo;Zeng Hulie;Lin Jin-Ming;Mao Sifeng;Uchiyama Katsumi;本間 寛治，金子 哲，塚越 一仁，西野 智昭
• 通讯作者: 本間 寛治，金子 哲，塚越 一仁，西野 智昭