分子レベルまで超微小化した単分子エレクトロニクス実現のためには、π共役系分子で構成される高性能の分子導線の開発が不可欠である。単分子の電気伝導測定を行い、一定間隔でねじれをもたせることで、分子内のホッピングサイトが均質化し、電気伝導特性が向上することを明らかにした。研究の背景と結果1974年にAviramとRatnerは有機単分子に電子素子としての機能を付与することができれば、“単分子エレクトロニクス”が可能になると提唱した。単分子エレクトロニクスでは構造変換が自在に行える有機分子の特徴を活かせることから、究極のボトムアップのアプローチで素子構築が可能である。この根幹を担う分子内の電気伝導は、通常、量子効果に基づくトンネル伝導が多く見られるが、分子の長さが数ナノメートルスケール以上になると、正孔などのキャリアが分子内に局在し、分子内の電子準位(ホッピングサイト)を飛び移りながら移動していくホッピング伝導が主要なメカニズムとなる。単分子エレクトロニクスや有機エレクトロニクスでは、長距離電気伝導において重要なホッピング伝導の高効率化の指針を得ることが、実用化に向けた重要な課題である。これまでにホッピングサイトを均質に揃えることがホッピング伝導の効率化に有効と理論的に提案されていた。分子長の精密な制御、を兼ね備えた分子の有機合成が困難であるため、実験的な研究は遅れていた。この研究背景のもと、我々はこれまでに、高い共役平面性を維持することがホッピング伝導の向上に有効であることを明らかとしていた。今回、高い共役平面性をもつ分子構造に対して『一定間隔で捻じれ』を導入することで、理論モデルに相当する構造をもつ分子の合成に成功し、さらにホッピング伝導の効率が向上することを単分子レベルの電気伝導測定で初めて明らかとした。究極な素子の微小化に繋がる単分子エレクトロニクスの実現に向けて、この構成ユニットの役割を担う高機能な有機分子開発が不可欠である。本成果から、単分子エレクトロニクスの実現に向けた分子導線の開発のためには、“高い共役平面性”に加えて“ホッピングサイトの均質化”の指針がホッピング伝導に有効であることが明らかとなった。本研究では単分子の電気伝導特性を明らかにするために、被覆部位を導入しており、単分子エレクトロニクスに向けた分子導線としての機能が期待される。研究シーズ集2022(未来社会共創を目指す)より抜粋したものです。この研究への取組にご関心のある方は、こちらからお問い合わせください。未来基金」ゆめ基金事業のひとつとして支援を受けています。