電極間に架橋した単分子の表面増強ラマン散乱と電流‐電圧特性の同時計測装置の概念図と実験に用いた電極の電子顕微鏡像（提供：（国）物質・材料研究機構）
（国）物質・材料研究機構と東京工業大学は2月15日、単一の分子に電子素子の機能を持たせる高性能分子デバイスの実現に道をひらく新技術を開発したと発表した。分子を金属電極と接合する際に分子が金属とどのように接合するかは分子デバイス特性を大きく左右するが、新技術はその識別を可能にした。実用化の大きな壁となっている特性のばらつきを制御でき、信頼性の高い分子デバイスの開発につながると期待している。
■電気伝導度100倍超のばらつき解消へ
東工大の金子哲助教と木口学教授、物材研・国際ナノアーキテクトニクス研究機構の塚越一仁主任研究者らの研究グループが開発した。
分子デバイスの実現には1ナノ（10億分の1）メートル単位の微小金属電極に分子を接合する必要があるが、金属原子とどのように接合するかで電気伝導度が100倍以上変わるなどデバイス特性を安定的に作ることが難しかった。
そこで研究グループは、分子が金属原子とどのように接合するかを識別する技術に取り組んだ。まず光の波長より圧倒的に小さな金属ナノ構造体に光を照射したときに起きる「表面増強ラマン散乱」と呼ばれる特殊な光の散乱現象に注目、分子と金属電極の接合状態を識別することを試みた。
実験では、有機分子のベンゼンチオール（BDT）を金のナノ電極に吸着させた後、ナノ電極を破断するまで引き延ばして極微の隙間を作成、その間にベンゼンチオール1分子が橋を架けている状態を形成した。この分子と金電極の隙間を流れる電流と電圧の関係を調べたところ、そのパターンから3種類の接合状態が明確に区別できることが分かった。さらに3種類のうち電気を最もよく伝える高伝導状態の接合パターンの場合だけ、表面増強ラマン散乱現象が起きることを確認した。
この結果について、研究グループは「新手法を用いることで確実に特定の吸着構造を持つ単分子素子を選び出せる」としており、そうした単分子素子のみを使って回路を組めば信頼性の高い分子デバイスが実現できると期待している。
