固体酸化物薄膜中で単一分子への配線に成功~次世代低消費電力電子素子の開発に期待~

2025-11-20 東京科学大学

東京科学大学理学院化学系・物質理工学院材料系などの研究グループは、固体酸化物薄膜中でナノスケールの銀原子フィラメントを形成し、金属電極から有機分子(アセチレン)への配線に成功しました。印加電圧により銀イオンが還元・移動してフィラメント化し、このフィラメントがアセチレン分子と接続されていることを、非弾性トンネル分光法を用いて実証しました。従来、単分子接合の形成が大きな技術的ハードルとなっていましたが、本研究はそれを固体薄膜中で実現した点で革新的です。これにより、分子の機能性を活用した低消費電力電子素子、いわゆる“分子素子”の実用化に向けた重要なステップとなる可能性が示されました。今後は、単純なアセチレンからさらに機能性分子への配線展開を目指し、次世代エレクトロニクスへの応用が期待されます。掲載誌は Small(Wiley-VCH)。

固体酸化物薄膜中で単一分子への配線に成功~次世代低消費電力電子素子の開発に期待~
図1. (a)本研究で作製した素子の概念図 (b)印加電圧操作によるアセチレン分子接合の作製

<関連情報>

分子エレクトロニクスデバイスのプラットフォームとしての酸化還元誘起原子スイッチ Redox-Induced Atomic Switch as Platform for Molecular Electronics Devices

Akira Aiba, Marius Buerkle, Satoshi Kaneko, Tohru Tsuruoka, Sekito Nishimuro, Kazuya Terabe, Tomoaki Nishino
Small  Published: 25 October 2025
DOI:https://doi.org/10.1002/smll.202507653

Abstract

Molecular electronics is attracting increasing attention due to its potential application in post-silicon electronics. However, fabrication of molecular junctions, the fundamental building block of molecular electronic devices, requires complicated procedures, which hamper the efficient development of novel devices. Here, a simple fabrication process by utilizing an atomic switch operated by redox reaction and migration of metal atoms are proposed. The Ta2O5-based silver atomic switches are operated with a small operation voltage (0.3 V) in an acetylene atmosphere under an ultra-high vacuum. The consecutive operation of the atomic switch shows novel conductive states around 0.1 G0 (G0 = 2e2/h). Inelastic electron tunneling spectra and first-principles calculations reveal that the observed conductive states are attributed to the acetylene molecular junctions on the silver filament. The proposed method accelerates the development of devices through the marriage of molecular junctions with atomic conductive filaments.

0403電子応用
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