厚さわずか２ナノメートルの半導体極薄トランジスタで分子認識に成功！― 医療?環境?生産に特化した分子センサーへの応用に期待 ―

2021年8月25日 14:00 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情报】

〇多元物質科学研究所　講師　高岡毅

【発表のポイント】

现代の社会问题を解决するために超小型?薄型?軽量なセンサーが必要
厚さわずか2ナノメートルの半导体を用いた分子认识手法を提案
新たな半导体と光の组み合わせによる分子认识センサーの作成に成功
医疗用センシングや环境モニタリングへの応用が期待される

【概要】

気体や液体中に存在する分子种を特定する分子认识が、マイクロメートルサイズのセンサーに流れる电流を検出することによって简便に行えるようになれば、喫紧の社会问题を解决する技术革新が可能となることが期待されます。

东北大学多元物质科学研究所の米田忠弘教授、高岡毅講師、国立研究開発法人産業技術総合研究所デバイス技術研究部門安藤淳研究部門付らの共同研究グループは、厚さ僅か2ナノメートルで縦横1マイクロメートル程度の超小型半導体薄膜からなるセンサーを作成しました。センサー表面に、パイ（π）電子共役系分子^注1)として兴味が持たれている铜フタロシアニン（颁耻笔肠）分子^注2)を吸着させ、さらに様々なエネルギーを持つ光を照射したときの光応答电流を観测する実験を行ったところ、特定のエネルギーを持つ光の场合にのみ光応答电流が観测されることを见出しました。この実験により、分子を吸着させた惭辞厂₂原子层薄膜に、分子特有のエネルギーを持つ光を照射すると、光応答电流が生じる、ということを世界で初めて示しました。

本技术を発展させることにより、体内化学物质のモニタリングによる疾患の早期発见、有害な挥発性有机分子や二酸化炭素などの高感度ガスセンシング、植物生育状态モニタリングなど、様々な社会问题を解决するための技术革新が可能になると期待されます。

本研究成果は、2021年8月3日に英国王立化学会の学術誌「RSC Advances」に掲載されました。

図. A）分子が、最高被占軌道（HOMO）と最低空軌道（LUMO）のエネルギー差に等しい光を吸収すると、HOMOには正電荷をもつ正孔が、LUMOには負電荷をもつ電子が生成される。B）MoS₂电界効果トランジスタに铜フタロシアニン分子を吸着させ、1.76电子ボルトの光を照射すると、光応答电流が観测される。颁）铜フタロシアニン（颁耻笔肠）分子が吸着する前と吸着した后の光応答电流。

【用语解説】

注1．パイ（π）電子共役系分子：非局在化したπ 電子を有する分子を指す。発光特性や、導電性?磁性などの興味深い性質を示し、各種の機能性材料に応用されている。

注2．铜フタロシアニン（颁耻笔肠）分子：フタロシアニン骨格に铜イオンがキレートされた构造を持つ分子で、现在最も広く使われている青色颜料である。电子材料としても期待される。

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