筑波大学の大塩寛紀教授の研究グループは9月17日、究極の集積回路とされる分子回路の実現に大きく近づく新材料を開発したと発表した。外部から光や熱、磁場や電場を加えることで電気的・磁気的な性質を自由に制御できる鎖状の分子を、二種類の金属イオンと有機分子をつなぐことで作ることに成功した。分子回路の実現に欠かせない電流のオンオフ（スイッチング）機能を持つ分子素子と配線の役割を同時に果たせる革新的な分子ワイヤーの開発につながると期待している。
集積回路はこれまで、微細加工によって半導体素子を高密度に集積、高機能化を図ってきたが、近い将来このやり方は、技術的・物理的な限界に達すると予想されている。このためスイッチ機能や微細配線を分子自体に代替させて、より高性能の集積回路を実現する研究が進んでいる。
開発した新材料は、鉄とコバルトのイオンを有機分子でつないだ一次元鎖型分子。通常は金属イオンの種類が異なると電子が移動できず、電子素子として使えない。これに対し研究グループは、有機分子の種類を適切に選べば、分子に熱や光などの外部刺激を加えることで電子を鉄からコバルトへ自由に動かせることを見出した。
さらに、この一次元鎖型分子は、電子が鉄にある状態では反磁性を示す絶縁体であり、コバルトにある状態では室温付近で常磁性を示し、電気を比較的よく通す半導体になることを突き止めた。2つの状態は、温度を変えることで自由に切り替えられるほか、鉄からコバルトへ電子を移動させるのは、極低温で光を照射すればよいことなども分かった。
分子素子材料の候補としては、これまでにも金属イオンと有機物がつながった三次元化合物や、バラバラの有機分子が集まった材料は作られているが、一次元鎖型構造の分子ができたのは初めて。研究グループは今後、より適切な有機分子を用いることで高い電気伝導度を持つ一次元鎖型分子を開発したいとしている。
No.2012-38
2012年9月17日～2012年9月23日
