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スポットライトリサーチ

単分子レベルでの金属―分子接合界面構造の解明

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第40回のスポットライトリサーチは、東京工業大学大学院理工学研究科・博士課程2年の小本 祐貴さんにお願いしました。

小本さんが所属する木口・西野研究室では、金属の間に挟み込まれた単一分子の性質を調べるという基礎研究が行われています。それ自体も挑戦的な課題ですが、将来的にコンピュータ用高密度素子やエネルギー変換装置などの応用を支える知見になると期待されています。

小本さんの実施された研究はまさにその一環であり、このたびプレスリリースと論文で公開されました。

“Resolving metal-molecule interfaces at single-molecule junctions”
Komoto, Y.; Fujii, S.; Nakamura, H.; Tada, T.;  Nishino, T.; Kiguchi, M. Sci. Rep. 2016, 6, 26606. doi:10.1038/srep26606

本研究を指導された木口学教授は小本さんをこう評しておられます。

小本君は、私がこれまで一緒に研究してきた学生の中で最も優秀な学生です。非常にスマートな学生で、何が一番効率的かを考え、やみくもに行うことはせず、環境を整え無駄を極限まで排斥した状態になって初めて研究を行います。ほとんど机の前にいて心配になることもありますが、聞くと実験中ですといい、確かに全自動の計測が行われていることがよくあります。ヨーロッパの研究スタイルかと思います。今回の研究は、テーマに関しては議論して決めましたが、その後の展開、解析などは全て自分で考えて展開してくれました。自分の頭だけで勝負して、スタッフが考えもしなかった方向に展開し、すばらしい成果を得てくれました。

小本君は非常に社交的でリーダーシップに優れる学生です。研究室で、下級生に対し積極的に声をかけ明るい雰囲気にしてくれる一方、しめるべき時にはスタッフが言いづらい事も学生に言ってくれ、非常に研究室の雰囲気をよくしてくれています。今後、色々な場所で研究テーマも変えていくと思いますが、どこに行っても活躍し、日本を代表する科学者になることは間違いないと思っています。私自身、非常に頼りにしており、彼がいなくなる1,2年後どうしたらいいだろうと、頭を悩ませているところです。

それでは、いつものように現場のお話を伺っていきましょう。

Q1. 今回のプレス対象となったのはどんな研究ですか?簡単にご説明ください。

本研究では、単分子接合の電流-電圧特性(I-V)計測を行うことにより、単分子接合の接合界面構造を決定しました。単分子接合とは単一分子が2つの金属電極間に架橋した系であり、単一分子をデバイスへと利用するために研究が行われています(図1)。単分子接合の物性は、分子-電極の界面構造に大きく依存します。しかし、単分子接合の界面構造は、注視されずに未解明であることが多いのが現状です。本研究では単分子接合のI-V計測を行うことにより、単分子接合の電子状態を決定し、理論計算と比較することにより、接合界面の構造を決定しました(図2)。

図1 単分子接合の概念図

図1 単分子接合の概念図

図2 Au-BDT単分子接合のI-Vヒストグラムと接合構造

図2 Au-BDT単分子接合のI-Vヒストグラムと接合構造

Q2. 本研究テーマについて、自分なりに工夫したところ、思い入れがあるところを教えてください。

単分子接合は安定性が低いために寿命が短いという性質があります。どのようにして単分子接合形成時にI-V計測を行うかという点が本研究で工夫したところです。研究開始当初は電流をモニターすることにより、単分子接合の形成を確認し、バイアス電圧の掃引を開始しようと考えていました。しかし、用いていた実験装置の性能を考えたとき、この方法では接合の不安定さから単分子接合形成時に測定が行えないということがわかりました。どのようにして、計測を行えばいいのだろうかとしばらく考えていたのですが、バイアス電圧の掃引はランダムに行って、接合ができたときのみデータとして採用すればいいと発想が浮かび、計測システムを構築することができました。

 Q3. 研究テーマの難しかったところはどこですか?またそれをどのように乗り越えましたか?

Q2と重複しますが、難しかった点はI-V測定の計測システムの構築でした。Q2で答えた通りの指針をたてることに加え、適切な条件で実験を行うまでにテクニカルな問題が多くありました。初めのうちは、分子接合のI-V特性を計測する頻度が、1日の測定でたった5本成功する程度でした。テクニカルな問題を解決していき、適切な測定条件を探ることにより、効率的なI-V計測システムを構築できました。

 

Q4. 将来は化学とどう関わっていきたいですか?

「面白い」と言われる研究を自らの手で行っていきたいです。学会発表などで、研究を面白いと評価されることはこの上ない喜びです。今後、研究する場所がどこであれ、面白いと評価される研究を行い、発信していくことができればよいと思っています。

 

Q5. 最後に、読者の皆さんにメッセージをお願いします。

いつもは読者であるChem-Stationに私の研究が紹介されるとは思っていませんでした。非常に光栄に思います。本稿をお読みいただきありがとうございます。私はまだまだ未熟者ですので、今後よい研究者となれるよう精進したいと思います。

最後に、本研究は共著の先生方の協力なくして存在しえませんでした。この場を借りて感謝申し上げます。

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研究者の略歴

sr_Y_Komoto_1小本 祐貴 (こもと ゆうき)

東京工業大学大学院・理工学研究科・化学専攻・木口、西野研究室・博士課程2年

2013年3月、東京工業大学理学部化学科卒業

2015年3月、東京工業大学理工学研究科化学専攻修士課程修了

2015年4月より東京工業大学大学院・理工学研究科・化学専攻・博士課程

日本学術振興会特別研究員DC1

受賞歴 2015年10月分子アーキテクトニクス研究会若手奨励賞受賞

cosine

cosine

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博士(薬学)。Chem-Station副代表。現在国立大学教員として勤務中。専門は有機合成化学、主に触媒開発研究。
関心ある学問領域は三つ。すなわち、世界を創造する化学、世界を拡張させる情報科学、世界を世界たらしめる認知科学。
素晴らしければ何でも良い。どうでも良いことは心底どうでも良い。興味・趣味は様々だが、そのほとんどがメジャー地位を獲得してなさそうなのは仕様。

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