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KAISTと大阪大、ナノ分野の10年にわたる難題を解決

有機素子分野への活用が可能


韓日共同研究チームが10年間にわたり解明されていなかったナノ分野の難題を解決した。

大徳所在のKAIST(シン・ソンチョル総長)はEEWS大学院のキム・ヨンフン教授研究チームが大阪大学チームと共同で10年間にわたりナノ分野の難題となっていた単一分子電子素子の金属電極-分子界面の原子構造と素子特性の相関関係を解明したと7月4日に発表した。

単一分子電子素子は有機発光ダイオード(OLED)などを通じて知られた有機素子で2003年に米国で初めて開発された。分子電子素子(molecular electronics)は次世代半導体素子の候補として関連研究が活発に行われている。

分子を電子素子として活用するためには分子、電極、接合の原子構造が具体的にどのように形成されているかを原子レベルで理解する必要がある。しかし原子構造を直接的に観察するのは現在の実験技術では不可能で明確な理解がなされていなかった。

2006年に米国アリゾナ大学のタオ教授研究チームが簡単な原子構造をもちながら一種類の分子で複数の電流値が出ることを究明した。しかし電流値の大きさと個数、原因は明確に分かっていなかった。このように10年以上未解決だった難題を解決するために韓日共同研究チームが理論に関する研究と実験を共同で行った。

キム教授研究チームは主事探針顕微鏡を活用して単分子素子が成立する過程をスーパーコンピュータで再現した。電極と分子接合配位数の組み合わせで単分子素子モデルを作り電極間の距離を調節しながら変化を観察した。

その結果、分子と金属間の結合時に原子構造配位数によって金属電極の間で電流値が変化することを確認した。また分子がひっぱられる際に単に金属と分子の結合が切れるのではなく金属電極の原子構造が容易に変形されて金属と金属の間の結合が切れることを解明した。

大阪大学の川合知二教授研究チームは上記のキム教授の理論を検証するために素子引張にともなう電流の増加を含む実験を行った。韓日共同研究チームはスーパーコンピュータを利用した第1原理計算と先端ナノ素子の製造と測定により有機素子の界面特性を原子レベルで解明した。

今回の成果は今後OLED、バイオセンサー、有機太陽電池などさまざまな有機素子分野に活用できるものと見られる。キム教授は「ナノ分野で理論研究が実験を先導する役割を果たせることを示せた」と話している。

研究成果は『Journal of the American Chemical Society』に6月21日付で掲載された。





[2017-07-06]

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