超分子技術で量子マテリアルを構築 — 有機分子を用いてトポロジカルエッジ状態を直接観測 —

2026-09-14 物質・材料研究機構

NIMSなどの研究チームは、有機分子を自己組織化させ、ハニカム格子とカゴメ格子の性質を併せ持つ「2原子カゴメ格子」の2次元超分子構造を構築し、トポロジカル物質に特徴的なエッジ状態を直接観測した。従来、トポロジカル量子マテリアルは無機材料が中心だったが、有機分子は構造設計の自由度が高い反面、分子間の電子的結合が弱いことが課題だった。本研究では、トリプチセン誘導体を構成単位として設計し、分子同士を強く電子的に結合させることで特殊な2次元格子を形成した。走査トンネル顕微鏡によって構造の端に局在する電子状態を観測し、理論解析からトポロジーに由来するエッジ状態であることを確認した。有機超分子による量子マテリアル設計の新たな手法を示す成果であり、将来的には高移動度半導体、光スイッチング、無損失エネルギー輸送などへの応用が期待される。

超分子技術で量子マテリアルを構築 — 有機分子を用いてトポロジカルエッジ状態を直接観測 —
図: (左) 今回使用したトリプチセン誘導体の分子構造。 (中央) トリプチセン誘導体を集積して作製した超分子の形状(上)およびその端に存在するトポロジカルエッジ状態(下)を示す走査トンネル顕微鏡像。 (右) トリプチセン誘導体からできた超分子の模式図。プロペラ状のグレーの領域がトリプチセン誘導体を表す。

<関連情報>

超分子二原子カゴメ格子のジグザグエッジ状態の直接観察 Direct Observation of the Zigzag Edge States of a Supramolecular Diatomic Kagome Lattice

Ryohei Nemoto;Xiangzhi Meng;Behzad Mortezapour;Alexander Weismann;Saya Nakano;Masahisa Tsuchiizu;Ryuichi Arafune;Noriaki Takagi;Sho Nakamura;Katsunori Wakabayashi;Rie Suizu;Richard Berndt;Takashi Uchihashi;Kunio Awaga
Nano Letters  Published:September 02, 2026
DOI:https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6c03195

Abstract

Lattice geometry plays a fundamental role in the behavior of Bloch electrons in a crystal. The diatomic Kagome lattice, an extension of the honeycomb and Kagome lattices, is predicted to give rise to emergent and topological phenomena, but its experimental investigation has been limited thus far. Here, we fabricate a diatomic Kagome lattice through self-assembly of a triptycene derivative with phenazine moieties (Trip-Phz)─a C3-symmetric, nonplanar π-conjugated molecule. Our scanning tunneling microscopy (STM) observations show that Trip-Phz forms a highly ordered diatomic Kagome lattice terminated by zigzag-type edges on the Pb(111) surface. Combined STM measurements and tight-binding calculations provide direct evidence for the existence of the edge states that correspond to those of graphene. These states are topological edge states dictated by the quantization of the Zak phase and the bulk-edge correspondence. This work reveals an ideal platform for exploring quantum materials with unique lattice geometries using supramolecular technology.

0502有機化学製品
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