ナノスケール材料：高収率で環境に対して安定な分子単層デバイスのための金属ナノ粒子コンタクト
Nature 559, 7713 doi: 10.1038/s41586-018-0275-z
エレクトロニクス用途、発光、センシングに分子の固有な機能を利用するには、そうした分子との確実な電気的コンタクトが必要である。自己組織化単分子膜（SAM）サンドイッチ構造は、技術的応用には有利であるが、非破壊的にトップコンタクトを製造する方法が必要である。SAMへの直接金属蒸着、SAMとの間にポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)ポリスチレンスルホン酸（PEDOT:PSS）中間層やグラフェン中間層を介する金属蒸着から、金属転写印刷まで、さまざまな方法が提案されている。しかし、薄膜の完全性、固有の機能性、大量生産への適合性を損なわないようなSAMベースのデバイスの製造はまだ可能になっていない。今回我々は、金属ナノ粒子によって個々の分子との確実な電気的コンタクトが得られることを利用して、これら全ての課題に同時に対応できるSAMベースのデバイスに対するトップコンタクト法を開発した。今回の製造方法では、まずSAM（誘電体マトリックス中の直径が60 nm～70 μmの円形孔内に横方向に拘束されている）の上に金属ナノ粒子層を非破壊的に直接コンフォーマル堆積させ、次に金属を直接蒸着してトップコンタクトを強化した。この方法によって、環境に対して安定な同一の金属–分子–金属デバイスを数千個製造できるようになった。SAMの組成を系統的に変化させたところ、分子に固有の特性がナノ粒子層やその後のトップの金属化に影響されないことが実証された。今回の概念は、アンカー基を2つ備えた分子が密集した層に対して適用できる上、分子化合物を固体デバイスに大規模集積化し、単一分子レベルにスケールダウンできる方法を提供するものである。
