研究課題

非対称、非線形単分子電気特性を示す有機・無機混成分子系の合成と機能集積化

研究目的

高次に集積化することで新たな機能を発現することが期待できる機能単位（例えば、整流、負の微分抵抗、メモリ効果、積分発火素子など）を単一分子で実現するための分子設計（浅井(美)グループとの共同研究）と合成を行う。それらの単一分子での電気特性を計測し（夛田グループとの共同研究）、集積化することでの高機能発現をカーボンナノチューブ電極などを用いた多探針計測で実証する（松本(和)グループ、長谷川グループとの共同研究）また、他班からの提案に基づく機能を実現するための分子構造を設計、合成する。浅井(哲)グループとの共同研究により、それらを統合して新たな情報処理方法の可能性を探る。 これまでに、ポルフィリン、イミド、ポリオキソメタレート、カーボンナノチューブなどを用いて、整流、負の微分抵抗、単分子磁石などが少数～単一分子で実現できることを示してきた。また、有機合成的手法や自己組織化的手法で、機能単位を組織化する研究も行ってきた。これらの知見を元に、メモリ効果、積分発火素子などの高次機能を持つ単一分子を実現し、これらの統合による多端子高次機能を世界で最初に成功させ、ゆらぎを利用した脳型情報処理につなげることが目的である。

領域内での役割と必要性

本研究課題では、単一分子の物理、単一分子要素の集積化と計測、集積化による高度電子機能創発と、非常に幅広い科学的課題の解決が必要となるため、基盤研究のような個人研究で実施することは不可能である。そのため、分子設計段階においては、浅井(美)グループなどの理論グループとの共同研究を、計測段階では夛田グループ、松本(和)グループ、長谷川グループとの共同研究を、集積化による高度電子機能実現においては浅井(哲)グループらとの共同研究を行う予定であり、これらの領域内の共同研究の有機的な結合によって始めて可能になる研究計画である。

研究内容

（１）整流、負の微分抵抗、メモリ効果、積分発火素子などの、非線形・非対称電子機能を単一分子で実現するための設計指針を明らかにする：図４に示した分子群（大半は合成済み）を、メカニカルブレークジャンクション法や、単層カーボンナノチューブ（SWNT）に結合しての点接触電流像原子間力顕微鏡（PCI-AFM）や、２探針電導性AFMにより、単分子電気特性を明らかにする。SWNTや、金属電極に共有結合でつなげることができる新規のポリオキソメタラート（POM）分子を合成し、単一分子レベルでの負の微分抵抗特性と構造の関連を明らかにする。 （２）一つの分子に三電極を結合し、信号増幅が可能かを検討する：図５に示した分子は、アクセプター／ドナー／アクセプタ－とつながった形をしており、それぞれにSWNTを結合して、多探針STMを用いた計測を行う。SWNTは、同じ(n,m)インデックスを持つ金属性の物を単離して使用する予定である。この計測に成功すると、世界で初めての三端子単一分子計測になる。 （３）（１）で実現した非線形・非対称電子機能を複合化して、（２）の三端子計測を行い、複合化による確率共鳴ゲートなどの新機能発現をA04班とともに検討する。 （４）更に高次の機能（記憶、学習、判断などのゆらぎを利用する脳型情報処理）を実現するために必要な素機能をA04班と検討し、分子で実現する方法を探索、それに必要な分子設計と合成をおこなう。Synthesis and assembly of organic.png

追加情報

研究課題番号：25110002　科研費データーベースはこちら

メンバー

研究代表者：小川 琢治（大阪大学　大学院理学研究科　教授）
研究分担者：田中 啓文（九州工業大学　生命体工学研究科　教授）
研究分担者：山下 健一（大阪大学　大学院理学研究科　講師）
研究分担者：谷 洋介（大阪大学　大学院理学研究科　助教）

Papers List

2018

[38] Stable Singlet Biradicals of Rare-Earth-Fused Diporphyrin-Triple-Decker Complexes Having Low Energy Gaps and Multi-Redox States

Sunri Lee; Ken-ichi Yamashita; Naoya Sakata; Yasukazu Hirao; Kaya Ogawa; Takuji Ogawa
Chemistry - A European Journal, , 2018/accepted on 27th December
DOI: 10.1002/chem.201805927

[37] Identification of Tobacco Types and Cigarette Brands Using an Electronic Nose Based on Conductive Polymer/Porphyrin Composite Sensors

C. Henrique A. Esteves; Bernardo A. Iglesias; Takuji Ogawa; Koiti Araki; Lucelia Hoehne; Jonas Gruber
ACS Omega, 3, 6, 6476 - 6482, 2018/6/18(web)
DOI: 10.1021/acsomega.8b00403.

[36] Assignment of Absolute-Handedness Chirality of Single-Walled Carbon Nanotubes using Organic Molecule Supramolecular Structures

Ahmed I. A. Abd El-Mageed; Murni Handayani; Zhijin Chen; Tomoko Inose; Takuji Ogawa
Chemistry - A European Journal, in press, , 2018/accepted on 5th November
DOI: 10.1002/chem.201804832.

[35] Facile preparation of hybrid thin films composed of spin-crossover nanoparticles and carbon nanotubes for electrical memory devices

Daisuke Tanaka; Naoki Aketa; Hirofumi Tanaka; Satoshi Horike; Minoru Fukumori; Takashi Tamaki; Tomoko Inose; Tomoki Akai; Hirotaka Toyama; Osami Sakata; Hiroo Tajiri; Takuji Ogawa
Dalton Transactions, in press, , 2018
DOI: 10.1039/C8DT02923G

[34] Coordination Structure Conversion of Protonated Bisporphyrinato Terbium(III) Double-Decker Complexes and Creation of a Kondo Assembly by Electron Injection on Au(111) Surface

Tomoko Inose; Daisuke Tanaka; Jie Liu; Mizu Kajihara; Puneet Mishra; Takuji Ogawa; Tadahiro Komeda
Nanoscale, 10, 19409 - 19417, 2018/09
DOI: 10.1039/C8NR04630A

[33] Metal ion effect on the supramolecular structures of metalloporphyrins on single-walled carbon nanotube surface

Ahmed I. A. Abd El-Mageed; Takuji Ogawa
Applied Surface Science, 462, 904 - 912, 2018/8
DOI: 10.1016/j.apsusc.2018.08.177

[32] A molecular neuromorphic network device consisting of single-walled carbon nanotubes complexed with polyoxometalate [重要文献]

Hirofumi Tanaka; Megumi Akai-Kasaya; Amin TermehYousefi; Liu Hong; Lingxiang Fu; Hakaru Tamukoh; Daisuke Tanaka; Tetsuya Asai; Takuji Ogawa
Nature Communications, 9, 2693, 2018/7/12
DOI: 10.1038/s41467-018-04886-2

[31] Effects of Radical Initiators, Polymerization Inhibitors, and Other Agents on the Sonochemical Unzipping of Double-Walled Carbon Nanotubes

Minoru Fukumori; Shinnosuke Hara; Takuji Ogawa; Hirofumi Tanaka
Japanese Journal of Applied Physics, 57, 03ED01, , 2018/2/9

[30] Redox-Driven Symmetry Change for Terbium(III) Bis(porphyrinato) Double-Decker Complexes by the Azimuthal Rotation of the Porphyrin Macrocycles [重要文献]

Ken-ichi Yamashita; Takayo Yamanaka; Naoya Sakata; Takuji Ogawa
Chemistry - An Asian Journal, 13, 13, 1692 - 1698, 2018
DOI: 10.1002/asia.201800324

2017

[29] Molecular Design for Single-Molecule Magnetism of Lanthanide Complexes [重要文献]

Sunri Lee; Takuji Ogawa
Chemistry Letters, 46, 1, 10 - 18, 2017
DOI: 10.1246/cl.160800

[28] Fused-Porphyrin Terbium Complexes:Correlations Between Electronic Structure and Single-Molecule Magnetic Property

Sunri Lee; Ken-ichi Yamashita; Satoshi Yamashita; Kaya Ogawa; Yasukazu Hirao; Naoya Sakata; Naoto Ishikawa; Takuji Ogawa
The Electrochemical Society, MA2017-01, 899, 2017

[27] Room-temperature discrete-charge-fluctuation dynamics of a single molecule adsorbed on a carbon nanotube

Agung Setiadi; Hayato Fujii; Seiya Kasai; Ken-ichi Yamashita; Takuji Ogawa; Takashi Ikuta; Yasushi Kanai; Kazuhiko Matsumoto; Yuji Kuwahara; Megumi Akai-Kasaya
Nanoscale, 9, 10674 - 10683, 2017
DOI: 10.1039/C7NR02534C

[26] Non-linear and non-symmetric single-molecule electric properties towards molecular information processing

Takashi Tamaki; Takuji Ogawa
Topics in Current Chemistry, 375, 79 - (29), 2017
DOI: 10.1007/s41061-017-0167-y

[25] Analysis of single molecule conductance of heterogeneous porphyrin arrays by partial transmission probabilities [重要文献]

Takashi Tamaki; Tatsuhiko Ohto; Ryo Yamada; Hirokazu Tada; Takuji Ogawa
ChemistrySelect(Cover Picture), 2, 25, 7484 - 7488 , 2017/08
DOI: 10.1002/slct.201701015

[24] Design and Syntheses of Molecules for Nonlinear and Nonsymmetric Single-Molecule Electric Properties [重要文献]

Takuji Ogawa; Murni Handayani
Molecular Architectonics - The Third Stage of Single Molecule Electronics, 419 - 437, 2017

[23] Oxygen reduction reaction activity in phenol substituted linear Fe(III)-porphyrin dimer

Go Tei; Takashi Tamaki; Takao Hayashi; Kosuke Nakajima; Akihiro Sakai; Satoshi Yotsuhashi; Takuji Ogawa
European Journal of Inorganic Chemistry, 3229 - 3232, 2017
DOI: 10.1002/ejic.201700394

[22] Diameter dependence of longitudinal unzipping of single-walled carbon nanotube to obtain graphene nanoribbon

Minoru Fukumori; Pandey Reetu Raj; Taizo Fujiwara; Amin TermehYousefi; Ryota Negishi; Yoshihiro Kobayashi; Hirofumi Tanaka; Takuji Ogawa
Japanese Journal of Applied Physics, 56, 6S1, , 2017/05
DOI: 10.7567/JJAP.56.06GG12

[21] Dualism of sensitivity and selectivity of porphyrin dimers in electroanalysis

Grzegorz Lisak; Takashi Tamaki; Takuji Ogawa
Analytical Chemistry, 89, 3943 - 3951, 2017
DOI: 10.1021/acs.analchem.6b04179

[20] Synthesis of very narrow multilayer graphene nanoribbon with turbostratic stacking

R. Negishi; K. Yamanoto; H. Kitakawa; M. Fukumori; H. Tanaka; T. Ogawa; Y. Kobayashi
Applied Physics Letters, 110, 201901 - 4, 2017
DOI: 10.1063/1.4983349

[19] Tuning the electrical property of single layer graphene nanoribbon by adsorption of planar molecular nanoparticles

Reetu Raj Pandey; Minoru Fukumori; Amin Termeh Yousefi; Masanori Eguchi; Daisuke Tanaka; Takuji Ogawa; Hirofumi Tanaka
Nanotechnology, 28, 175704, 2017
DOI: 10.1088/1361-6528/aa6567

2016

[18] Non-Symmetric Single-Molecule Electric Properties towards Stochastic Molecular Computation

Takuji Ogawa
International Journal of Parallel, Emergent and Distributed Systems, 32, 271 - 277, 2016
DOI: 10.1080/17445760.2016.1167208

[17] Systematic Structural Elucidation for the Protonated Form of Rare Earth Bis(porphyrinato) Double-Decker Complexes: Direct Structural Evidence of the Location of the Attached Proton

Ken-ichi Yamashita; Naoya Sakata; Takuji Ogawa
Inorg. Chem., 55, 17, 8935 - 8942, 2016
DOI: 10.1021/acs.inorgchem.6b01442

[16] Coadsorption of TbIII-Porphyrin Double-decker Single-molecule Magnets in a Porous Molecular Network: Toward Controlled Alignment of Single-molecule Magnets on a Carbon Surface

Tomoko Inose; Daisuke Tanaka; Oleksandr Ivasenko; Kazukuni Tahara; Steven De Feyter; Yoshito Tobe; Hirofumi Tanaka; Takuji Ogawa
Chemistry Letters, 45, 286 - 288, 2016
DOI: 10.1246/cl.151040

2015

[15] Real-space characterization of hydroxyphenyl porphyrin derivatives designed for single-molecule devices

Akitoshi Shiotari; Yusuke Ozaki; Shoichi Naruse; Hiroshi Okuyama; Shinichiro Hatta; Tetsuya Aruga; Takashi Tamaki; Takuji Ogawa
RSC Advances, 5, 79152 - 79156, 2015/9/3
DOI: 10.1039/C5RA12123J

[14] Method for Controlling Electrical Properties of Single-Layer Graphene Nanoribbons via Adsorbed Planar Molecular Nanoparticles

Hirofumi Tanaka; Ryo Arima; Minoru Fukumori; Daisuke Tanaka; Ryota Negishi; Yoshihiro Kobayashi; Seiya Kasai; T. K. Yamada; Takuji Ogawa
Scientific Reports, 5, 12341 - 12341, 2015/7/24
DOI: 10.1038/srep12341

[13] Effect of Protonation on the Single-Molecule-Magnet Behavior of a Mixed (Phthalocyaninato)(porphyrinato) Terbium Double-Decker Complex

Daisuke Tanaka; Nobuto Sumitani; Tomoko Inose; Hirofumi Tanaka; Naoto Ishikawa; Takuji Ogawa
Chemistry Letters, 44, 5, 668 - 670, 2015/05
DOI: 10.1246/cl.150034

2014

[12] Syntheses of a series of Zinc(II)/freebase porphyrin dimers and trimers with programmable sequences from a common key molecule [重要文献]

Takashi Tamaki; Takenori Nosaka; Takuji Ogawa
The Journal of Organic Chemistry, 79, 22, 11029 - 11038, 2014/10/23
DOI: 10.1021/jo502046d

[11] Thin films of spin-crossover coordination polymers with large thermal hysteresis loops prepared by nanoparticle spin coating

Daisuke Tanaka; Naoki Aketa; Hirofumi Tanaka; Takashi Tamaki; Tomoko Inose; Tomoki Akai; Hirotaka Toyama; Osami Sakata; Hiroo Tajiri; Takuji Ogawa
Chemical Communications, 50, 10074 - 10077, 2014/7/10
DOI: 10.1039/C4CC04123B

[10] Switching of single-molecule magnetic properties and observation of carbon-surface supramolecular structures of Tb(III) porphyrin double-decker complexes [重要文献]

Tomoko Inose; Daisuke Tanaka; Hirofumi Tanaka; Oleksandr Ivasenko; Toshi Nagata; Yusuke Ohta; Steven De Feyter; Naoto Ishikawa; Takuji Ogawa
Chemistry –A European Journal (Cover Picture), 20, 36, 11362 - 11369, 2014/7/7
DOI: 10.1002/chem.201402669

[9] Sequential Phase Transition during Fabricating β-Ag2S Film on Ag Electrode by Wet Chemical Process

Hirofumi Tanaka; Tomoki Akai; Daisuke Tanaka; Takuji Ogawa
e-Journal of Surface Science and Nanotechnology, 12, 185 - 188, 2014/4/26
DOI: 10.1380/ejssnt.2014.185

[8] Design and Synthesis of Perpendicularly Connected Metal Porphyrin-imide Dyads for Two-terminal Wired Single Molecular Diodes [重要文献]

Murni Handayani; Syun Gohda; Daisuke Tanaka; Takuji Ogawa
Chemistry –A European Journal, 20, 25, 7655 - 7664, 2014/5/23
DOI: 10.1002/chem.201402052

[7] Surface self-assembly of trans-substituted porphyrin double-decker complexes exhibiting slow magnetic relaxation

D. Tanaka; T. Inose; S. Shimono; H. Tanaka; T. Tamaki; A. I. A. Abd El-Mageed; A. K. F. Dyab; N. Ishikawa; T. Ogawa
e-Journal of Surface Science and Nanotechnology, 12, 124 - 128, 2014/3/24
DOI: 10.1380/ejssnt.2014.124

2013

[6] New composite porphyrin-conductive polymer gas sensors for application in electronic noses

Carlos H.A. Esteves; Bernardo A. Iglesias; Rosamaria W.C. Li; Takuji Ogawa; Koiti Araki; Jonas Gruber
Sensors & Actuators: B. Chemical, 193, 136 - 141, 2013/11
DOI: 10.1016/j.snb.2013.11.022

[5] Influence of atmosphere on photo-assisted atomic switch operations

T. Hino; T. Hasegawa; H. Tanaka; T. Tsuruoka; *T. Ogawa; M. Aono
Key Eng. Mater., 596, 116 - 120, 2013/12
DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.596.116

[4] Temperature-dependent current-voltage and photoresponsive properties for semiconducting nanodevices fabricated from an oligothiazole dithiol and gold nanoparticles

T. Tao ; J. Geng; L. Hong; W. Huang; H. Tanaka; D. Tanaka; *T. Ogawa
J. Phys. Chem. C, 117, 48, 25325 - 25333, 2013/11/11
DOI: 10.1021/jp409124u

[3] Volatile and nonvolatile selective switching of a photo-assisted initialized atomic switch

T. Hino; T. Hasegawa; H. Tanaka; T. Tsuruoka; *T. Ogawa; M. Aono
Nanotechnology,, 24, 38, 384006 - 384013, 2013/9/2
DOI: 10.1088/0957-4484/24/38/384006

[2] Advanced Photoassisted Atomic Switch Produced Using ITO Nanowire Electrodes and Molten Photoconductive Organic Semiconductor

A. Klamchuen; H. Tanaka; D. Tanaka; H. Toyama; G. Meng; S. Rahong; K. Nagashima; M. Kanai; T. Yanagida; T. Kawai; T. Ogawa
Advanced Materials, 25, 41, 5893 - 5897, 2013/8/13
DOI: 10.1002/adma.201302552

2012

[1] Rectification direction inversion in a phosphododecamolybdic acid / single-walled carbon nanotube junction,

L. Hong; H. Tanaka; *T. Ogawa
J. Mater. Chem. C, 1, 1137 - 1143, 2012/11/29
DOI: 10.1039/C2TC00171C