北陸先端科学技術大学院大学 材料科学研究科 助教授
科学技術振興事業団 さきがけ研究21「組織化と機能」 研究員
寺西 利治 氏
科学技術振興事業団 さきがけ研究21「組織化と機能」 研究員
寺西 利治 氏
金属ナノ粒子超格子によるナノデバイスの創製
大きさ、形状を制御した金属ナノ粒子を基板上に規則配列した超格子の創製は、ナノデバイス作製の観点から世界中で熾烈な競争が繰り広げられている。有機配位子保護金属ナノ粒子は、金属核周囲を保護する有機配位子殻のおかげで、粉末として安定に扱えると同時に溶液としても扱うことができるため、溶液プロセスを用いた空間配列制御が極めて容易に行える。
我々の研究室では、金属ナノ粒子超格子のナノデバイスへの応用として以下 の三つのテーマを柱に研究を行っている。
- 室温での単電子トンネル効果を利用した微細金属ナノ粒子(粒径<2nm)一次元、二次元超格子のナノ電子デバイス(単電子トランジスタ、ナノ配線)への応用
- 強磁性FePt、CoPtナノ粒子二次元超格子のナノ磁気デバイス(超高密度垂直磁気記録媒体)への応用
- 三次非線形光学特性を利用した銀、銅ナノ粒子三次元超格子のナノ光デバイス(超高速光スイッチ)への応用
金属ナノ粒子超格子の物性は、ナノ粒子の粒径、粒子間距離、超格子の対称性(波動関数の重なり)に支配される。前二者は、反応条件や有機配位子長などの調節により比較的容易に制御できるが、対称性の低い超格子の作製は非常に難しい。我々は、有機配位子間の相互作用の強弱(π-π相互作用、酸-塩基相互作用、多点水素結合)や異方性テンプレートを利用することにより、六方晶構造以外の低対称性超格子(一次元鎖、擬似ハニカム、正方晶)や異種金属ナノ粒子超格子の創製に成功している(図1,2)。
今後、新規有機配位子の設計、様々な異方性テンプレートの利用、微細加工技術等の手法の組み合わせにより、さらに複雑なナノ粒子超格子の創製が可能となるであろう。このような研究の推進は、次世代の低コスト、超低消費電力のナノデバイス創製に貢献できるものと期待できる。
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| 図1. 拡大 |
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| (a) ナノスケール山谷構造炭素基板のAFM像、 (b) その上に形成した3.4-nm金ナノ粒子一次元鎖列のTEM像、 (c) ブロック共重合体ミセルをテンプレートとした金ナノ粒子に囲まれたγ-酸化鉄ナノ粒子のTEM写真 |
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| 図2. 拡大 |
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| (a) 2.4-nm塩基性配位子保護金ナノ粒子の六方晶二次元超格子、 (b,c) 各種有機酸（(b) 酢酸、(c) 1,3,5-ベンゼントリカルボン酸）で表面修飾した金ナノ粒子から得られた正方晶、擬似ハニカム超格子のTEM像 |
関連論文:
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J. Am. Chem. Soc., in press (2003). - Sohn, B.-H., Choi, J.-M., Yoo, S. I., Yun, S.-H., Zin, W.-C., Jung, J. C., Kanehara, M., Hirata, T. & Teranishi, T.
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J. Am. Chem. Soc. 125, 6368-6369 (2003). - Teranishi, T., Sugawara, A., Shimizu, T. & Miyake, M.
Planar Array of 1D Gold Nanoparticles on Ridge-and-Valley Structured Carbon.
J. Am. Chem. Soc. 124, 4210-4211 (2002).
