金属ナノ粒子低次元超格子を用いたナノ電子・磁気デバイスの創製

使用金属纳米颗粒低维超晶格创建纳米电子/磁性器件

基本信息

批准号：
15681009
负责人：
寺西利治
金额：
$ 18.89万
依托单位：
University of Tsukuba (2004-2005)Japan Advanced Institute of Science and Technology (2003)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

金属ナノ粒子を組織化すると、量子サイズ効果を利用した低消費電力・低発熱のナノ電子デバイスを構築することができる。さらに、金属ナノ粒子の二次元組織化技術は、Tbits/inch^2級の超高密度磁気記録媒体の創製にも極めて有用である。本年度は、デバイス構成単位となるAuクラスターの選択的大量合成、単一微細Auナノ粒子のSTS測定によるトンネル抵抗の評価、nc-AFMによるAuナノ粒子上の単一電子の観察、Auナノ粒子二次元超格子の粒子間距離低減に向けたポルフィリン誘導体保護Auナノ粒子の合成・キャラクタリゼーションについて検討した。また、高い一軸結晶自記異方性および保磁力を有するFePtナノ粒子の溶媒フリー合成法の開発を行った。ナノデバイスの新規構成単位と期待されるAuクラスターの選択的大量合成では、ホスフィン保護AU_<11>クラスターとチオールとの配位子交換反応により、Au_<25>クラスターの選択的大量合成に成功した。Auナノ粒子の電子物性として、粒径2nm程度のアルカンチオール保護Auナノ粒子のSTS測定により、アルカンチオール層のトンネル抵抗がヘキサンチオールからオクタンチオールへの変化で1桁増加することを明らかにした。また、nc-AFMによる力測定により、Auナノ粒子上の単一電子観察に成功した。Auナノ粒子の保護配位子として、ポルフィリン誘導体であるmeso-5,10,15,20-tetrakis(2-thioacethylphenyl)porphyrinおよびmeso-5,10,15,20-tetrakis(2-thioacethylmethylphenyl)porphyrinを設計・合成し、Auナノ粒子の合成を行った。UV-visスペクトルから、ポルフィリン環がナノ粒子表面に対して平行に位置しており、ポルフィリン環とAuナノ粒子表面間の距離がポルフィリン環の電子状態や構造に影響していることが分かった。次に、磁性ナノ粒子であるFePtナノ粒子の合成を、無溶媒条件下、オレイン酸、オレイルアミン存在下、鉄および白金アセチルアセトナートのポリオール還元により行った。その結果、磁気デバイスの実用サイズである6nmの単分散FePtナノ粒子が得られ、その二次元超格子は高い熱安定性を示した。

通过组织金属纳米颗粒，可以构建利用量子尺寸效应、低功耗和低发热的纳米电子器件。此外，金属纳米颗粒的二维组织技术对于创建Tbits/inch^2级的超高密度磁记录介质非常有用。今年，我们将重点关注作为器件构建模块的金团簇的选择性质量合成、通过单细金纳米粒子的 STS 测量评估隧道电阻、使用 nc-AFM 观察金纳米粒子上的单电子、我们研究了卟啉衍生物保护的金纳米颗粒的合成和表征，旨在减少维度超晶格中的颗粒间距离。我们还开发了一种具有高单轴晶体各向异性和矫顽力的 FePt 纳米颗粒的无溶剂合成方法。在选择性大量合成Au簇（有望成为纳米器件的新结构单元）中，我们通过膦保护的AU_<11>簇与硫醇之间的配体交换反应，成功地选择性地大量合成了Au_<25>簇。。关于Au纳米颗粒的电子特性，对粒径约为2 nm的烷硫醇保护的Au纳米颗粒的STS测量表明，当从己硫醇变为辛硫醇时，烷硫醇层的隧道电阻增加了一个数量级。此外，我们使用 nc-AFM 进行力测量，成功观察了 Au 纳米粒子上的单电子。我们设计并使用卟啉衍生物内消旋5,10,15,20-四(2-硫代乙酰苯基)卟啉和内消旋-5,10,15,20-四(2-硫代乙酰甲基苯基)卟啉作为金纳米粒子的保护配体。合成了金纳米颗粒。紫外可见光谱显示，卟啉环平行于纳米粒子表面，卟啉环与Au纳米粒子表面的距离影响卟啉环的电子态和结构。接下来，在无溶剂条件下，在油酸和油胺存在下，通过铁和乙酰丙酮酸铂的多元醇还原合成了磁性纳米粒子FePt纳米粒子。结果，获得了尺寸为6 nm的单分散FePt纳米粒子，这是磁性器件的实用尺寸，并且其二维超晶格表现出较高的热稳定性。