Research Abstract

反芳香族性に基づく高導電性分子回路

Highly-conducting molecular circuits based on antiaromaticity

2017年7月19日 Nature Communications 8 : 15984 doi: 10.1038/ncomms15984 (2017)
反芳香族性に基づく高導電性分子回路
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芳香族性は、化学の基本概念である。環状の平面π電子系は、4n+2個のπ電子を共有すれば芳香族性であり、4n個のπ電子を持てば反芳香族性であるとするヒュッケル則によって、芳香族性は説明されている。反芳香族化合物は、優れた電荷輸送特性と高い酸化還元活性を示すと予想されている。しかしこれまで、こうした特性は、芳香族性の低い化合物でしか測定できず、反芳香族種は、エネルギー不安定性のために測定できなかった。今回我々は、真に反芳香族性の化合物の単一分子電荷輸送特性を調べることによってこの問題に取り組み、類似した芳香族化合物と比べて、反芳香族性によって電気伝導度が1桁高くなることを示した。単一分子電流電圧測定とab initio輸送計算によって、この結果は、反芳香族性種では、エネルギーギャップが小さく、フロンティア分子共鳴がフェルミ準位により近いことに起因することが明らかになった。反芳香族化合物の電気伝導度は、電気化学的にさらに調節でき、トランジスターとしての実用化の可能性を示している。

Shintaro Fujii, Santiago Marqués-González, Ji-Young Shin, Hiroshi Shinokubo, Takuya Masuda, Tomoaki Nishino, Narendra P. Arasu, Héctor Vázquez and Manabu Kiguchi

Corresponding Authors

藤井 慎太郎
東京工業大学 理学院 化学系

木口 学
東京工業大学 理学院 化学系

忍久保 洋
名古屋大学 大学院工学研究科

Héctor Vázquez
Academy of Sciences of the Czech Republic

Aromaticity is a fundamental concept in chemistry. It is described by Hückel’s rule that states that a cyclic planar π-system is aromatic when it shares 4n+2 π-electrons and antiaromatic when it possesses 4n π-electrons. Antiaromatic compounds are predicted to exhibit remarkable charge transport properties and high redox activities. However, it has so far only been possible to measure compounds with reduced aromaticity but not antiaromatic species due to their energetic instability. Here, we address these issues by investigating the single-molecule charge transport properties of a genuinely antiaromatic compound, showing that antiaromaticity results in an order of magnitude increase in conductance compared with the aromatic counterpart. Single-molecule current–voltage measurements and ab initio transport calculations reveal that this results from a reduced energy gap and a frontier molecular resonance closer to the Fermi level in the antiaromatic species. The conductance of the antiaromatic complex is further modulated electrochemically, demonstrating its potential as a high-conductance transistor.

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