DNA自己組織化分子アレイを用いたナノスケールホッピング伝導デバイス

使用DNA自组装分子阵列的纳米级跳跃传导装置

基本信息

批准号：
20656005
负责人：
松本卓也
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-20656005/
关键词：
分子デバイスホッピング伝導巨大錯体 DNA 自己組織化

项目摘要

分子の持つ電子的局在性、孤立性に注目し、ナノスケールにおける共役的トンネリングやホッピングを利用したデバイスの構築を行った。酸化・還元中心を持つ大規模金属錯体として、Mn12核錯体に注目し、DNAをテンプレートに用いて一次元アレーを形成した。Mn12核錯体がDNAに結合すると、DNAは剛直になり、DNA鎖の絡まりが起こりにくくなるので、Mn12核錯体の一次元的配列を形成できることがわかった。電流-電圧カーブの温度特性を調べたところ、高温ではフランケループール型のホッピング伝導を示したが、低温では活性化エネルギーが極めて小さくなり、トンネル伝導が強く示唆された。低温における電流-電圧特性は明瞭な閾値特性を示すが、温度依存性から界面障壁ではないことが明らかになった。n次元クーロンブロッケードモデルによるフィッティングを行ったところ、極めて良く一致し、電流経路の分岐次数ζの値から、1次元的特徴が強いことが明らかになった。さらに、温度特性を詳細に調べたところ、ブロッケードバリアは8meVと極めて低い値を示した。この値は、ブレークジャンクション中に分子溶液を落とし込んで測定された単一分子計測の結果と良く一致する。また、Mn12核錯体中におけるスピンースピン相互作用エネルギーと近い。これらのことから、Mn12核錯体は、常時性スピンの集合体として働き、Mn12核錯体は低いエネルギーで電子の出し入れすることができるので、分子エレクトロニクスにおける電子移動媒体として有用であることがわかった。

我们专注于分子的电子定位和隔离，构建了利用纳米级共轭隧道和跳跃的设备。作为具有氧化和还原中心的大型金属配合物，我们以Mn12核配合物为研究对象，以DNA为模板形成一维阵列。当Mn12核复合物与DNA结合时，DNA变得刚性并且DNA链的缠结变得不太可能，使得形成Mn12核复合物的一维阵列成为可能。当我们研究电流-电压曲线的温度特性时，我们发现在高温下观察到弗兰克尔-普尔型跳跃传导，但在低温下激活能变得极小，强烈表明隧道传导。低温下的电流-电压特性显示出明显的阈值特性，但温度依赖性表明这不是界面势垒。当我们使用n维库仑封锁模型进行拟合时，发现它们匹配得非常好，并且当前路径的分支阶数ze的值显示出其具有很强的一维特征。此外，当详细研究温度特性时，封锁势垒显示出8meV的极低值。该值与通过将分子溶液滴入断裂连接处而测量的单分子测量结果非常吻合。它也接近 Mn12 核配合物中的自旋-自旋相互作用能。从这些结果发现，Mn12核配合物充当本构自旋的聚集体，并且由于Mn12核配合物可以低能量将电子传入和传出，因此它们可用作分子电子学中的电子转移介质。