分子ワイヤー

分子ワイヤ(または分子ナノワイヤと呼ばれることもあります) は、電流を伝導する分子鎖です。分子電子デバイスの構成要素として提案されています。通常、直径は 3 ナノメートル未満ですが、長さはマクロレベルで、数センチメートル以上に及ぶこともあります。

分子ワイヤのほとんどは有機分子から作られています。天然に存在する分子ワイヤの1つがDNAです。無機物の代表的な例としては、Li ₂ Mo ₆ Se ₆ ^[1]やMo ₆ S _9−x I _x ^{[2] [3] [4]} [Pd ₄ (CO) ₄ (OAc) ₄ Pd(acac) ₂ ]、^{[5]などの高分子材料や、}遷移金属原子が直接結合した鎖からなる単分子拡張金属原子鎖（EMAC）^[6]などがあります。常磁性無機部分を含む分子ワイヤは、近藤ピークを示すことがあります。

分子ワイヤは電気を伝導します。通常、分子ワイヤは非線形の電流電圧特性を持ち、単純なオーム伝導体としては動作しません。伝導率は、強い一次元特性から生じる温度または電場（いずれか大きい方）の関数として、典型的なべき乗則の動作に従います。電子間の強い相互作用により通常の金属（フェルミ液体）動作から逸脱する一次元システムの伝導性を理解するために、さまざまな理論的アイデアが使用されました。重要な概念は、朝永、ラッティンガー、ウィグナーによって導入されたものです。古典的なクーロン反発（クーロンブロッケードと呼ばれる）、振動自由度との相互作用（フォノンと呼ばれる）および量子デコヒーレンス^[7]によって引き起こされる効果も、分子ワイヤの特性を決定する上で重要であることがわかっています。

様々なタイプの分子ワイヤ（有機分子ワイヤや無機分子ワイヤなど）を合成する方法が開発されている。 ^{[8]基本原理は繰り返しモジュールを組み立てることである。有機分子ワイヤは通常、}遷移金属を介したクロスカップリング反応 によって合成される。

有機分子ワイヤは通常、エチレン基またはアセチレン基でつながった芳香族環で構成されています。遷移金属を介したクロスカップリング反応は、単純な構成要素を収束的に接続して有機分子ワイヤを構築するために使用されます。たとえば、単純なオリゴ（フェニレンエチルニレン）型分子ワイヤ（B）は、入手しやすい1-ブロモ-4-ヨードベンゼン（A）から合成されました。^[9]最終生成物は、いくつかのステップの薗頭カップリング反応を経て得られました。

その他の有機分子ワイヤには、カーボンナノチューブやDNAがあります。カーボンナノチューブは、さまざまなナノテクノロジーのアプローチで合成できます。DNA は、固相上で段階的にDNA 合成するか、細胞内で DNA ポリメラーゼを触媒とする複製によって作成できます。

最近、ピリジンおよびピリジン由来のポリマーは、単純な紫外線照射下で電子伝導性のポリアザアセチレン鎖を形成できること、および古くなったピリジンサンプルの「褐色化」が一般的に観察されるのは、分子ワイヤの形成によるものであることが示されました。ゲルは、照射によりイオン伝導性と電子伝導性の間の遷移を示しました。^[10]

無機分子ワイヤの一種は、シェブレルクラスターに関連するサブユニットから構成されています。Mo ₆ S _9−x I _xの合成は、密閉真空石英アンプル内で1343 Kで実施されました。Mo ₆ S _9−x I _xでは、繰り返し単位はMo ₆ S _9−x I _xクラスターであり、柔軟な硫黄またはヨウ素ブリッジによって結合されています。^[11]

鎖は金属有機前駆体から生成することもできる。^[12]

分子の接続に利用するには、MW は明確に定義された経路に従って自己組織化し、分子間に信頼性の高い電気的接触を形成する必要があります。単一分子に基づく複雑な回路を再現可能に自己組織化します。理想的には、MW は金金属表面 (外部との接続用)、生体分子 (ナノセンサー、ナノ電極、分子スイッチ用) などのさまざまな材料に接続し、最も重要なのは分岐を可能にすることです。コネクタは、事前に決められた直径と長さで利用できる必要があります。また、再現可能な輸送および接触特性を確保するために、共有結合も必要です。

DNA のような分子は、特定の分子スケールの認識能力があり、分子足場の製造に使用できます。複雑な形状が実証されていますが、残念ながら導電性の金属コーティングされた DNA は、個々の分子に接続するには厚すぎます。コーティングされた DNA が薄いと、電子接続性が欠如し、分子電子部品の接続には適していません。

カーボンナノチューブ(CNT)には導電性があり、接続基を付加することで末端の接続性を実現できるものもあります。残念ながら、現時点では所定の特性を持つ CNT を製造することは不可能であり、機能化された末端は通常導電性がないため、分子コネクタとしての有用性は限られています。個々の CNT は電子顕微鏡ではんだ付けできますが、接触は共有結合ではなく、自己組織化できません。

_{Mo 6} S _9−x I _x MWを使用した、より大きな機能回路を構築する方法は、金ナノ粒子をリンカーとして使用するか、チオール化分子に直接接続することで実証されています。この 2 つのアプローチは、異なる用途につながる可能性があります。GNP を使用すると、分岐やより大きな回路の構築が可能になります。

分子ワイヤはポリマーに組み込むことができ、その機械的特性や導電性を向上させることができます。これらの特性の向上は、ホストポリマーへのワイヤの均一な分散に依存します。MoSIワイヤは、他のナノワイヤやナノチューブと比較して、ホストポリマー内での優れた溶解性を利用して、このような複合材料で作られています。ワイヤの束は、アクチュエータやポテンショメータに使用され、ポリマーの摩擦特性を向上させるために使用できます。最近、ねじれたナノワイヤが電気機械ナノデバイス（またはねじりナノ バランス）として機能し、ナノスケールで力とトルクを非常に正確に測定できると提案されました。^[14]

• 硫化モリブデン MSDS