高分子ナノシートを用いた光駆動型論理演算素子の作製

利用聚合物纳米片制造光驱动逻辑运算装置

基本信息

批准号：
16750107
负责人：
松井淳
金额：
$ 2.05万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は昨年度成功した擬固体型PNPDを応用し擬固体型のAND論理演算素子とEXOR論理演算素子の作製に関する研究を行った。擬固体型AND論理演算素子の構築ルテニウム錯体(Ru)とフェロセン(Fc)を有する高分子ナノシートを用い、ITO電極上に順次積層することでアノードPNPD電極とカソードPNPD電極を作製した。続いて1M NaClO_4と電子供与体または電子受容体をさらに光遮光剤を含むアガロースゲル(donor-gel, acceptor-gel)を作製した。これらをアノードPNPD電極/donor-gel/acceptor-gel/カソードPNPD電極の順に集積化しAND素子とした。この素子ではgel層が非透過性であるためそれぞれのPNPDを独立に駆動させることができる。そのため各々を選択的に励起した場合では一方の電極のPNPDにともなう光電流しか観測されないのに対し両方を同時に励起するとそれぞれのPNPDに伴う光電流が観測される。そのためどちらの電極を励起するかを入力信号、またその際に観測される電流を出力信号とするとonとoffの値が2倍離れた光駆動型AND論理素子として用いることができる。擬固体型EXOR論理演算素子の構築アノードPNPDを二つ作製し、これらの電極で1M NaClO_4,TEOA,1wt%グラファイトを加えたdonor-gelを挟み込み擬固体型EXOR素子とした。電極一方のみを励起した場合は3.5nAもしくは-3.5nAの光電流が観測されたのに対し同時に励起した場合の光電流値がほとんど観測されなかった。これはそれぞれの電流方向が逆方向であるために、電流が相殺されたためである。そのため電極を励起するかを入力信号、またその際に観測される電流を出力信号とする光駆動型EXOR論理素子として用いることができる。

今年，我们应用去年成功的伪固态PNPD，进行了伪固态AND逻辑运算元件和EXOR逻辑运算元件制作的研究。伪固态AND逻辑运算元件的构建我们通过在ITO电极上依次堆叠含有钌络合物(Ru)和二茂铁(Fc)的聚合物纳米片来制造阳极PNPD电极和阴极PNPD电极。接下来，制备含有1M NaClO_4、电子供体或电子受体以及遮光剂的琼脂糖凝胶(供体凝胶、受体凝胶)。这些按照阳极PNPD电极/供体凝胶/受体凝胶/阴极PNPD电极的顺序集成以形成AND元件。在该器件中，由于凝胶层是不透明的，因此每个PNPD可以独立驱动。因此，当选择性地激励每个电极时，仅观察到与一个电极的PNPD相关的光电流，而当同时激励两个电极时，观察到与每个PNPD相关的光电流。因此，如果输入信号表明哪个电极被激励，并以当时观察到的电流作为输出信号，则可以用作光驱动的AND逻辑元件，其中开和关值是两倍相隔很远。伪固态EXOR逻辑运算器件的构建制作了两个阳极PNPD，并将含有1M NaClO_4、TEOA和1wt%石墨的供体凝胶夹在这些电极之间以创建伪固态EXOR器件。当仅激发一个电极时，观察到3.5nA或-3.5nA的光电流，而当激发两个电极时，几乎观察不到光电流值。这是因为电流方向彼此相反，因此电流相互抵消。因此，它可以用作光驱动的EXOR逻辑元件，其输入信号是电极是否被激励，其输出信号是当时观测到的电流。