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MOLECULAR ELEMENT

Patent code P110003766
File No. B63P01
Posted date Jun 29, 2011
Application number P2006-189807
Publication number P2008-021685A
Patent number P5120588
Date of filing Jul 10, 2006
Date of publication of application Jan 31, 2008
Date of registration Nov 2, 2012
Inventor
  • (In Japanese)真島 豊
  • (In Japanese)篠原 久典
  • (In Japanese)安武 裕輔
  • (In Japanese)今原 博和
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人科学技術振興機構
Title MOLECULAR ELEMENT
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a novel molecular element which can be switched by applying an electric field externally while avoiding thermal rotation of metal-including fullerene leading to blockage of switching even under a high temperature of 13 K or above.
SOLUTION: The molecular element 10 comprises a first electrode 1, a self-organization monomolecular film 2 arranged on the first electrode 1, a metal-including fullerene 3 arranged on the self-organization monomolecular film 2, and a second electrode 4 arranged on the metal-including fullerene 3 while spaced apart by a predetermined distance wherein the self-organization monomolecular film has a thickness of 1.2 nm or less. The self-organization monomolecular film 2 consists of a first functional group chemisorbed to a metal atom becoming a first electrode 1, and a second functional group bonding to the first functional group. The molecular element 10 operates as a switching element or a memory element at 65.1 K.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


半導体素子を微細化する技術が伸展しているが、その微細化には物理的な限界がある。この半導体素子の微細化限界を克服するための次世代素子として、所謂、機能性分子を用いた分子素子の研究が進められている。このような分子素子の材料としては、カーボンナノチューブやフラーレンが知られている。金属内包フラーレンは、炭素からなるフラーレン殻の内部に金属原子を内包した機能性分子である。フラーレン殻と内包金属原子との電荷交換により分子内に電子状態の偏りと極性、つまり、双極子モーメントを有しているため、金属内包フラーレンを用いたスイッチについて多くの研究者がその動作の確認を試みてきた。



本発明者等は、非特許文献1において、金属内包フラーレンを用いた分子素子のスイッチング現象を世界で最初に報告した。金属内包フラーレンを用いた分子素子は、Au(111)上にオクタンチオールからなる自己組織化単分子膜(SAM)を形成し、この膜構造上に金属内包フラーレンとしてTb@C82を配置した素子である。走査トンネル分光(STS)測定を行った結果、Tb@C82の双極子モーメントの配向に起因したスイッチング現象が、極低温の13Kで初めて観測された。観測した電流電圧特性においては、電圧の掃引方向の違いによるヒステリシスや負性微分コンダクタンスも観測された。この非特許文献1の金属内包フラーレンを用いた新規な分子素子は、ITRS(International Technology Roadmap for Semiconductors)2005において、半導体素子に代わる新規なロジックデバイスの候補として引用されている。



金属膜上に形成することができる自己組織化単分子膜として、ジチオカルバメート基及びその誘導体が非特許文献2に、β-シクロデキストリンチオール(Thiolated β-chyclodextrins)が非特許文献3に、ビオロゲン終端チオール(Viologen-terminated thiol)やフェロセン終端チオール(Ferrocene-terminated thiol)が非特許文献4に、N-(2-メルカプトエチル)-4-フェニルアゾベンゼンザミド(N-(2-mercaptoethyl)-4-phenylazobenzamide)が非特許文献5に、ジチオービスサクシニミジル終端チオール(Dithio-bis-succinimidyl-terminated thiol)が非特許文献6に、4’-メチル-1,1’-ビフェニル-4-ブタン(4'-methyl-1,1'-biphenyl-4-butane)が非特許文献7に、メルカプトアルカノール(Mercaptoalkanol)やメルカプトアルカン酸(Mercaptoalkanoic Acid)が非特許文献8に、アミド終端チオール(amide-terminated thiol)、アミノ終端チオール(amino-terminated thiol)、3-アミノチオールフェノール(3-aminothiolphenol)が非特許文献9に、メチルキサンテート(methyl xanthate)、エチルキサンテート(ethyl xanthate)、ブチルキサンテート(buthyl xanthate)などのキサンテート基を有する自己組織化単分子膜が非特許文献10において、それぞれ報告されている。



【非特許文献1】
Y. Yasutake, Z. Shi, T. Okazaki, H. Shinohara, and Y. Majima, “Single Molecular Orientation Switching of an Endohedral Metallofullerene", Nano Letters, 5, pp.1057-1060, 2005
【非特許文献2】
Y. Zhao,他3名, Journal of the American Chemical Society, 127, pp.7328-7329, 2005
【非特許文献3】
J.-Y. Lee, 他1名, Journal of Physical Chemistry B, 102, pp.9940-9945, 1998
【非特許文献4】
R. A. Wassel, 他3名, Nano Letters 3, pp.1617-1620, 2003
【非特許文献5】
S. Yasuda, 他3名, Journal of the American Chemical Society, 125, pp.16430-16433, 2003
【非特許文献6】
P. Wagner, 他4名, Biophysical Journal 70, pp.2052-2066, 1996
【非特許文献7】
B. Lussem, 他5名, Langmuir, 22, pp.3021-3027, 2006
【非特許文献8】
D. A. Hutt, 他1名, Langmuir, 13, pp.2740-2748, 1997
【非特許文献9】
A. E. Hopper, 他3名, Surface and Interface Analysis, 31, pp.809-814, 2001
【非特許文献10】
P. Talonen, 他4名, Phys. Chem. Chem. Phys., 1, pp.3361-3666, 1999

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、ナノメートル(nm)単位の大きさを有する電子デバイス及び光デバイスに係り、より詳細にはスイッチング素子や記憶素子として有用な分子素子に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
第1の電極と、該第1の電極上に配置される自己組織化単分子膜と、自己組織化単分子膜上に配置される金属内包フラーレンと、該金属内包フラーレン上に所定の距離を隔てて配置される第2の電極と、を備え、
上記自己組織化単分子膜がジエチルジチオカルバメート又はその誘導体からなり、上記自己組織化単分子膜が1.2nm以下の厚みであることにより、上記金属内包フラーレンの熱的な回転を回避させる、分子素子。

【請求項2】
 
前記分子素子が、スイッチング素子である、請求項1に記載の分子素子。

【請求項3】
 
前記分子素子が、メモリ素子である、請求項1に記載の分子素子。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2006189807thum.jpg
State of application right Registered
Reference ( R and D project ) SORST Selected in Fiscal 2003
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