次世代技術に向けた原子レベル精密分子鎖を開発(Atomically precise molecule chains for next generation tech)

2026-04-23 バーミンガム大学

英・バーミンガム大学の研究チームは、原子レベルで精密に制御された分子鎖の作製に成功し、次世代ナノ電子技術への応用可能性を示した。研究では分子を一つずつ連結する新たな合成手法を確立し、電子特性を精密に設計できる一次元構造を実現。これにより従来困難だった分子スケールでの導電性制御や機能設計が可能となった。こうした分子鎖は超小型回路や量子デバイスなどへの応用が期待され、エネルギー効率の高い電子機器開発に貢献するとされる。本成果はナノ材料科学と分子工学の融合を示し、将来の情報技術基盤を支える重要な進展と位置付けられる。

次世代技術に向けた原子レベル精密分子鎖を開発(Atomically precise molecule chains for next generation tech)
Microscope images. Clockwise from top left: All-donor nanoribbon, all-acceptor nanoribbon, acceptor-acceptor-donor trimer, and donor-acceptor-donor trimer.

<関連情報>

超狭幅ドナー・アクセプターナノリボン Ultra-narrow donor-acceptor nanoribbons

James Lawrence,Luka Đorđević,Fabienne Bachtiger,Harry Pinfold,Marc Walker,Jiong Lu,Gabriele C. Sosso,Davide Bonifazi & Giovanni Costantini
Nature Communications  Published:23 April 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-026-71660-0

Abstract

Donor–acceptor (D–A) architectures underpin many high-performance conjugated polymers but remain largely unexplored in atomically precise nanoribbons. Here, we report the on-surface synthesis of ultra-narrow D–A nanoribbons using two complementary brominated precursors based on the electron donor peri-xanthenoxanthene and the acceptor anthanthrone. High-resolution scanning tunnelling microscopy, non-contact atomic force microscopy and scanning tunnelling spectroscopy reveal submolecular structural and electronic features of the resulting nanoribbons. Homopolymerisation of each precursor yields structurally well-defined donor-only and acceptor-only nanoribbons, whose electronic character strengthens with length. Co-deposition of both precursors produces mixed D–A nanoribbons with tuneable electronic structures governed by monomer sequence. The spatial character and energetic alignment of their frontier orbitals match gas-phase density functional theory calculations, while a simplified linear combination of molecular orbitals model captures dominant trends. This bottom-up synthetic strategy enables precise control over nanoribbon composition and functionality, offering a versatile platform for engineering π-conjugated nanostructures with tailored optoelectronic properties.

1701物理及び化学
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