ナノ接点のその場観察とノイズ解析によるコンダクタンスおよび透過率の動的計測

通过纳米接触的原位观察和噪声分析动态测量电导和透射率

• 批准号: 15K13269
• 负责人: 谷中 淳
• 金额: $ 2.5万
• 依托单位: University of Tsukuba
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-01 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15K13269/
• 关键词: ショットノイズ解析; ナノ接点; 走査トンネル顕微鏡; 有機分子; 電気伝導特性; 酸化タングステンナノワイヤー; 透過型電子顕微鏡

微細素子は、その特性を決定する物質と電子を注入するナノメートルサイズの電極で構成されているため、ナノ接点部の構造と物性を同時に観察する必要がある。ナノ接点の構造、透過率およびコンダクタンスを同時に観察し、これらの関係から、ナノ接点の物性を解明するため、極低温装置を必要としない新しい室温下ショットノイズ解析の手法開発を行った。室温下ショットノイズ解析は、電圧印加部、高周波測定部、ロックイン検波部およびこれらの同期システムで構成されるが、27年度までに電圧印加部、高周波測定部の開発は終了したので、新しい実験手法によって電極構造や分子の構造が可視化できるようになった走査トンネル顕微鏡を用いた有機分子の電気伝導特性の研究に、室温下ショットノイズ解析の手法を導入するため、走査トンネル顕微鏡に、トンネル電流の測定と同時に数百MHz～2GHzの信号を測定できるように装置の改良を行った。また、実際に走査トンネル顕微鏡を用いた有機分子の電気伝導特性へ室温下ショットノイズ解析の手法を導入した場合に得られるコンダクタンスとそのノイズについて予測を立てるため、可視化した電極間の分子構造とコンダクタンスの関係から第一原理計算を用いて分子の構造とコンダクタンスを計算し、電極と分子間の透過率と分子の構造について予測した。この結果から、高周波測定部にはスペクトルアナライザと共にショットノイズの平均値をサンプリングレート1kHzで測定するパワーメーターが必要となったため導入した。

微观器件由决定其性质的物质和注入电子的纳米尺寸电极组成，因此需要同时观察纳米接触的结构和物理性质。为了同时观察纳米接触的结构、透射率和电导，并根据这些关系阐明纳米接触的物理性质，我们开发了一种不需要低温设备的新的室温散粒噪声分析方法。室温散粒噪声分析由电压施加部分、高频测量部分、锁定检测部分以及这些部分的同步系统组成，但电压施加部分和高频测量部分的开发已于2015年度完成，需要新的实验来实现电极结构和分子结构的可视化。为了将室温散粒噪声分析的方法引入到利用扫描隧道显微镜研究有机分子的导电特性中，我们利用扫描隧道显微镜同时测量隧道电流，并利用数百MHz的信号来测量隧道电流。该设备经过改进，能够测量。此外，为了预测使用扫描隧道显微镜将室温散粒噪声分析方法实际引入有机分子的电导特性时获得的电导及其噪声，我们分析了可视化分子根据该关系，利用第一性原理计算计算出分子的结构和电导，并预测了电极和分子之间的透过率以及分子的结构。基于此结果，除了高频测量部分的频谱分析仪之外，我们还引入了以 1 kHz 采样率测量散粒噪声平均值的功率计。

项目成果

Consideration of Molecular Dynamics in Single-Molecule Junction Observed by Dynamic Probe Method

动态探针法观察单分子连接中分子动力学的思考

• 发表时间: 2016
• 作者: Atsushi Taninaka;Shoji Yoshida;Yoshihiro Sugita;Tomoki Katayama Osamu Takeuchi;and Hidemi Shigekawa
• 通讯作者: and Hidemi Shigekawa

Measuring bending stiffness of nanowires using force probe under electron microscope

在电子显微镜下使用力探针测量纳米线的弯曲刚度

• 发表时间: 2015
• 作者: A. Taninaka;G. Yazaki;T .Iijima;and O. Takeuchi
• 通讯作者: and O. Takeuchi

3D Dynamic Probe Analysis of 4,4’-Bpyridine Single-Molecule Junction

4,4’-B吡啶单分子连接的 3D 动态探针分析

• 发表时间: 2016
• 作者: Y. Sugita;T. Katayama;S. Yoshida;A. Taninaka;O. Takeuchi;and H. Shigekawa
• 通讯作者: and H. Shigekawa

Three dimensional conformational dynamics in single molecular junction studied by Scanning Tunneling Microscopy

通过扫描隧道显微镜研究单分子连接的三维构象动力学

• 发表时间: 2016
• 作者: T. Katayama;Y. Sugita;S. Yoshida;A. Taninaka;O. Takeuchi and H. Shigekawa
• 通讯作者: O. Takeuchi and H. Shigekawa