The construction of electronic devices from single molecular building blocks, which possess certain functions such as switching or rectifying and are connected by atomic-scale wires on a supporting surface, is an essential goal of molecular electronics. A key challenge is the controlled assembly of molecules into desired architectures by strong, that is, covalent, intermolecular connections enabling efficient electron transport between the molecules and providing high stability. Here, we show that such covalently bound molecular nanostructures can be formed on a gold surface upon thermal activation of porphyrin building blocks and their subsequent chemical reaction at predefined connection points. We demonstrate that the topology of these nanostructures can be precisely engineered by controlling the chemical structure of the building blocks. And we also show the measurements of the conductance and mechanical characteristics of a single polyfluorene wire by pulling it up from a gold surface with the tip of a scanning tunneling microscope.
原子スケールのワイヤーで結ばれたスイッチングや整流作用といった特定の機能を持った単分子構成要素から電子デバイスを構築することは分子エレクトロニクスにおいて本質的目標である。そのための主要課題は、分子間の効率的な電子輸送や高い安定性を示す共有結合で結ばれた構造体を制御して組み立てることである。ここで、著者らは、金表面におけるポルフィリン構成要素の熱活性化と、それに続く化学反応により、所定の結合点において共有結合で結ばれた、分子ナノ構造が形成可能であることを示す。これにより、構成要素の化学構造を制御することでナノ構造の接続形態が正確に設計されうることを実証する。また、この手法を用いて合成したポリフルオレン単分子ワイヤーの伝導度と機械特性の測定も、走査型トンネル顕微鏡の探針を用いて金表面からつり上げることで行ったので合わせて報告する。