(57)【要約】【課題】  分子の自己集積化を利用してナノスケールのデバイス、例えば分子素子、マトリクス回路、分子機能デバイス、論理回路等の構築に好適であり、情報通信分野における演算装置、ディスプレイ、メモリ等の各種機器の微細化及び精密化に応用可能であり、自己配列乃至自己集積化が容易で製造乃至分子の配置制御等が容易な金属錯体集積構造物等の提供。【解決手段】  本発明の金属錯体集積構造物は、本発明の前記金属錯体鎖と、前記金属錯体鎖の複核金属錯体における対向する末端に位置する、少なくとも３つの水素結合を形成可能な構造と水素結合を形成可能な連結分子とを有してなる。前記連結分子が、対向する末端に少なくとも３つの水素結合を形成可能な構造を有する態様が好ましい。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
イミノ基、アミド基及びアミノ基から選択される窒素含有基を４つ含み、該４つの窒素含有基における各窒素原子を配位原子として略同一平面上に有する四座の平面配位部位を略同一平面上に２つ有してなり、かつ少なくとも３つの水素結合を形成可能な構造を対向する末端に有することを特徴とする多座配位子。
【請求項２】
下記式（１）〜式（４）の少なくともいずれかで表される請求項１に記載の多座配位子。
【化１】
2006225302.tif 000029
【化２】
2006225302.tif 000030
【化３】
2006225302.tif 000031
【化４】
2006225302.tif 000032
ただし、前記式（１）〜式（４）において、各Ｒは、同一であってもよいし、異なっていてもよく、水素原子又は置換基を表す。Ｘは、炭素原子及び窒素原子の少なくともいずれか又はそれを含む基を表す。
【請求項３】
請求項１から２のいずれかに記載の多座配位子と、中心金属イオンとを有することを特徴とする複核金属錯体。
【請求項４】
請求項３に記載の複核金属錯体と、架橋配位子とを有してなる金属錯体鎖と、
前記金属錯体鎖の複核金属錯体における対向する末端に位置する、少なくとも３つの水素結合を形成可能な構造と水素結合を形成可能な連結分子とを有してなり、
第一の金属錯体鎖における一の複核金属錯体と、該第一の金属錯体鎖に隣接して位置する第二の金属錯体鎖における一の複核金属錯体とが、連結分子によって水素結合を介して連結され、かつ、
第三の金属錯体鎖における一の複核金属錯体と、該第三の金属錯体鎖に隣接して位置する第四の金属錯体鎖における一の複核金属錯体とが、連結分子によって水素結合を介して連結されてなり、
前記第一の金属錯体鎖における一の複核金属錯体と、前記第二の金属錯体鎖における一の複核金属錯体と、これらを連結する一の前記連結分子とを含む一の格子状平面と、
前記第一の金属錯体鎖における他の複核金属錯体と、前記第二の金属錯体鎖における他の複核金属錯体と、これらを連結する他の前記連結分子とを含み、前記一の平面に隣接して位置する２つの他の格子状平面の内の一方との間に、
前記第三の金属錯体鎖における一の複核金属錯体と、前記第四の金属錯体鎖における一の複核金属錯体と、これらを連結する一の前記連結分子とを含む一の平面が位置することを特徴とする金属錯体集積構造物。
【請求項５】
連結分子が、ドナー性及びアクセプター性の少なくともいずれかを示すπ共役系平面型分子を有してなり、
一の格子状平面に存在する複核金属錯体における中心金属と、一の平面に存在する前記連結分子における、前記ドナー性及びアクセプター性の少なくともいずれかを示すπ共役系平面型分子が互いに相互作用可能であり、
前記一の平面に存在する複核金属錯体における中心金属と、前記一の格子状平面に存在する前記連結分子における、前記ドナー性及びアクセプター性の少なくともいずれかを示すπ共役系平面型分子とが互いに相互作用可能である請求項４に記載の金属錯体集積構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超高密度、超高速で作動可能なナノスケールのデバイス、例えば分子素子、マトリクス回路、分子機能デバイス、論理回路等の構築に好適であり、情報通信分野における演算装置、ディスプレイ、メモリ等の各種素子、機器の微細化、精密化に応用可能であり、自己配列乃至自己集積化が容易で製造乃至分子の配置制御等が容易な金属錯体集積構造物、並びに、該金属錯体集積構造物に好適であり、自己配列乃至自己集積化が容易な多座配位子、該多座配位子を用い、自己配列乃至自己集積化が容易な複核金属錯体及び金属錯体鎖に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報通信、コンピュータ等のエレクトロニクス分野は、半導体を主な材料とした電子回路によって支えられ、急速な成長を遂げている。この半導体技術は、基板上にプリントする配線の線幅を微細化していき、集積度を上げる、いわゆる「トップダウン」的な手法により処理能力を高めてきた。しかし、前記「トップダウン」的手法による半導体の微細化及び集積化は、現在の調子で成長が続けば、２０２０年ごろには集積回路中のトランジスタのサイズが原子１つ程度の大きさになり、ここが量子論的には最終地点といえるが、その前に、リソグラフィー等の微細加工技術が限界を迎えることが予測されている。
【０００３】
近時、全く新しい技術として、単分子乃至小スケールの分子集合体を組み上げてデバイスの機能を実現する、いわゆる「ボトムアップ」的手法が注目されている。
前記ボトムアップ的手法においては、複雑な回路を、分子を個々に動かして作っていくのは現実的ではない。このため、単純な構造体を構築し、制御の仕方で複雑な機能を引き出す方法が研究されている。その一つとして、ナノワイヤーを直交させて配置し、その交点でのスイッチングをワイヤーからの入力で制御する、いわゆるクロスバースイッチが提案されている(特許文献１及び非特許文献１参照)。
このクロスバースイッチのように、ナノワイヤアレイを分子レベルで、かつボトムアップ的に構築できれば、きわめて高密度なデバイスを比較的容易に実現できることが期待されている。
【０００４】
そこで、本願出願人は、これまで、金属錯体の自己集積化を利用し、分子素子と配分子線の両者を合成の際に同時に実現することを目的として、金属錯体の一次元鎖とドナー乃至アクセプター性分子からなる一次元分子ワイヤーとが、マトリクス状に配列したワイヤーアレイ構造の構築について鋭意検討を重ねた結果、ビルディングブロックとして用いることができる種々の複核金属錯体、金属錯体鎖、及びこれらを用いた金属錯体集積構造物について提案している（特許文献２参照）。この提案によれば、自発的に形成される単結晶及び薄膜中で分子鎖を交差させて、交点における電荷移動により、金属錯体鎖の電気伝導性を変化させて、スイッチングを実現することができる。
【０００５】
しかしながら、金属錯体鎖間に分子を直交させて連結し、該分子をＸ−Ｙ方向のアドレスラインとして三次元のネットワーク構造を構築する場合には、結晶乃至薄膜中での分子の配列を意図した通りに制御することが必要となる。例えば、金属錯体の単結晶中において、分子間の水素結合やファン・デル・ワールス力の相互作用により、高次元のネットワークを形成することなどが種々試みられている。しかし、その多くはパッキングの偶然性によるものであり、導電性及び交点でのスイッチング特性を両立したものではなく、結晶乃至薄膜中での分子間の相互作用及び分子鎖の配列を、より合目的的に制御することは依然として容易ではない。
【０００６】
したがって、分子の自己配列乃至自己集積化等を利用して効率よく製造乃至分子の配置制御ができ、分子素子間の分子配線を分子レベルで「ボトムアップ」的に実現でき、例えば分子素子、マトリクス回路、分子機能デバイス、論理回路等のナノスケールのデバイスを容易に構築することができる技術の開発が強く求められているのが現状である。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２８４５７２号公報
【特許文献２】国際公開第０３／０７８３８４号パンフレット
【非特許文献１】Ｊａｍｅｓ  Ｒ．Ｈｅａｔｈ，Ｐｈｉｌｉｐ Ｊ．Ｋｕｅｋｅｓ，Ｇｒｅｇｏｒｙ  Ｓ．Ｓｎｉｄｅｒ，Ｒ．Ｓｔａｎｌｅｙ  Ｗｉｌｌｉａｍｓ，Ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｖｏｌ．２８０（１９９８)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、従来における問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、分子の自己集積化を利用してナノスケールのデバイス、例えば分子素子、マトリクス回路、分子機能デバイス、論理回路等の構築に好適であり、情報通信分野における演算装置、ディスプレイ、メモリ等の各種素子、機器の微細化、及び精密化に応用可能であり、自己配列乃至自己集積化が容易で製造乃至分子の配置制御等が容易な金属錯体集積構造物、並びに、該金属錯体集積構造物に好適であり、自己配列乃至自己集積化が容易な多座配位子、該多座配位子を用い、自己配列乃至自己集積化が容易な複核金属錯体及び金属錯体鎖を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するための手段としては、後述する付記に列挙した通りである。
本発明の多座配位子は、イミノ基、アミド基及びアミノ基から選択される窒素含有基を４つ含み、該４つの窒素含有基における各窒素原子を配位原子として略同一平面上に有する四座の平面配位部位を略同一平面上に２つ有してなり、かつ少なくとも３つの水素結合を形成可能な構造を対向する末端に有することを特徴とする。
【００１０】
該多座配位子は、前記四座の平面配位部位における前記４つの窒素原子に対して、中心金属イオンを配位結合させると、後述する本発明の複核金属錯体が容易に形成される。該多座配位子は、前記四座の平面配位部位を略同一平面上に２つ有してなる平面構造を有するため、集積化等が容易であり、金属錯体集積構造物乃至分子素子等の構築に好適である。また、該多座配位子は、対向する末端に、前記少なくとも３つの水素結合を形成可能な構造を有するため、他の分子（例えば、後述する連結分子など）との間で水素結合を利用することにより、略直線状に分子を伸長させることができ、金属錯体集積構造物乃至分子素子等の構築に好適である。そして、このとき、該多座配位子においては、他の分子（連結分子等）との間で形成される結合が水素結合であるため、その結合の解除、再結合等の制御が容易である。
前記水素結合は、ＤＮＡ等の生体分子において多く存在し、例えば、通常の二本鎖ＤＮＡにおいては、２つの一本鎖ＤＮＡを水素結合により結合して二重らせん構造を形成しているが、必要に応じて所定条件下で前記水素結合を解くことにより前記二重らせん構造を解いたり、再結合させたりするのに利用されており、生体内における分子の自己集積化等に極めて重要な役割を果たしている。本発明の多座配位子においても、該水素結合を利用することにより、他の分子（連結分子等）との結合の解除、再結合等が容易に制御可能となり、また、自己集積乃至自己配列化等が容易となる。一方、本発明の多座配位子においては、他の分子（連結分子等）との結合に少なくとも３つの水素結合が関与するため、結合後は、他の分子（連結分子等）との間で十分な結合力を示し、集積乃至配列等されると強固な構造を発現可能である。更に、前記他の分子（連結分子等）に、前記多座配位子における、少なくとも３つの水素結合可能な構造と、水素結合を形成可能であって、前記構造とは異なる構造部を設けておくことにより、該多座配位子は、前記他の分子（連結分子等）を容易に分子認識可能である。その原理は、生体内におけるＤＮＡ等と同様である。即ち、該ＤＮＡは、アデニン（Ａ）がチミン（Ｔ）を認識（チミン（Ｔ）がアデニン（Ａ）を認識）して２つの水素結合で結合し、グアニン（Ｇ）がシトシン（Ｃ）を認識（シトシン（Ｃ）がグアニン（Ｇ）を認識）して３つの水素結合で結合することにより、安定な２重らせん構造を形成し、遺伝情報を子孫に伝えている。本発明の前記多座配位子も、これと同様の原理で、該他の分子（連結分子等）を認識して水素結合を形成し、自己配列乃至自己集積等が可能となる。そして、このとき、前記多座配位子は、前記ＤＮＡ等の生体内分子において観られるような相補的な水素結合（水素結合ユニット）を前記他の分子（連結分子等）との間で形成する。
【００１１】
本発明の前記多座配位子を用いると、分子の自己集積化を利用してナノスケールのデバイス、例えば分子素子、マトリクス回路、分子機能デバイス、論理回路等の構築に好適であり、情報通信分野における演算装置、ディスプレイ、メモリ等の各種素子、機器の微細化、及び精密化に応用可能な金属錯体集積構造物を形成可能である。
【００１２】
なお、前記多座配位子としては、例えば、下記式（１）〜式（４）の少なくともいずれかで表される態様が好ましい。
【００１３】
【化５】
2006225302.tif 000002
【００１４】
【化６】
2006225302.tif 000003
【００１５】
【化７】
2006225302.tif 000004
【００１６】
【化８】
2006225302.tif 000005
【００１７】
ただし、前記式（１）〜式（４）において、各Ｒは、同一であってもよいし、異なっていてもよく、水素原子又は置換基を表す。Ｘは、炭素原子及び窒素原子の少なくともいずれか又はそれを含む基を表す。
【００１８】
これらの多座配位子は、線対称乃至点対称等の分子構造を有し、分子の配列乃至集積等においてビルディングブロックとして好適に使用可能である。また、該多座配位子上に他の分子（連結分子等）を配置させたときに、該多座配位子の中央に位置する芳香族環の近傍にカルボニル基又は置換基Ｒが存在するため、該カルボニル基又は該置換基Ｒとの相互作用により、前記他の分子（連結分子等）の該多座配位子上の配列乃至集積等が容易となる。更に、該多座配位子に後述の中心金属イオンを配位させてなる本発明の複核金属錯体を用いて形成された、本発明の金属錯体集積構造物において、後述の連結分子と該複核金属錯体とを容易に自己配列乃至集積等させることができる。
【００１９】
本発明の複核金属錯体は、本発明の前記多座配位子と、中心金属イオンとを有することを特徴とする。
該複核金属錯体においては、前記中心金属イオンに架橋配位子を結合させると、後述する本発明の金属錯体鎖が容易に形成される。該複核金属錯体は、平面構造を有するため、集積化等が容易であり、金属錯体集積構造物乃至分子素子等の構築に好適である。また、該複核金属錯体は、対向する末端に、前記少なくとも３つの水素結合を形成可能な構造を有するため、他の分子との間で水素結合を利用することにより、略直線状に分子を伸長させることができ、これをビルディングブロックとして集積化が可能であり、金属錯体集積構造物乃至分子素子等の構築に好適である。また、該複核金属錯体は、対向する末端に、前記少なくとも３つの水素結合を形成可能な構造を有するため、他の分子（例えば、後述する連結分子など）との間で水素結合を利用することにより、略直線状に分子を伸長させることができ、金属錯体集積構造物乃至分子素子等の構築に好適である。そして、このとき、該複核金属錯体においては、他の分子（連結分子等）との間で形成される結合が水素結合であるため、その結合の解除、再結合等の制御が容易である。
前記水素結合は、ＤＮＡ等の生体分子において多く存在し、例えば、通常の二本鎖ＤＮＡにおいては、２つの一本鎖ＤＮＡを水素結合により結合して二重らせん構造を形成しているが、必要に応じて所定条件下で前記水素結合を解くことにより前記二重らせん構造を解いたり、再結合させたりするのに利用されており、生体内における分子の自己集積化等に極めて重要な役割を果たしている。本発明の複核金属錯体においても、該水素結合を利用することにより、他の分子（連結分子等）との結合の解除、再結合等が容易に制御可能となり、また、自己集積乃至自己配列化等が容易となる。一方、本発明の複核金属錯体においては、他の分子（連結分子等）との結合に少なくとも３つの水素結合が関与するため、結合後は、他の分子（連結分子等）との間で十分な結合力を示し、集積乃至配列等されると強固な構造を発現可能である。更に、前記他の分子（連結分子等）に、前記複核金属錯体における、少なくとも３つの水素結合可能な構造と、水素結合を形成可能であって、前記構造とは異なる構造部を設けておくことにより、該複核金属錯体は、前記他の分子（連結分子等）を容易に分子認識可能である。その原理は、生体内におけるＤＮＡ等と同様である。即ち、該ＤＮＡは、アデニン（Ａ）がチミン（Ｔ）を認識（チミン（Ｔ）がアデニン（Ａ）を認識）して２つの水素結合で結合し、グアニン（Ｇ）がシトシン（Ｃ）を認識（シトシン（Ｃ）がグアニン（Ｇ）を認識）して３つの水素結合で結合することにより、安定な２重らせん構造を形成し、遺伝情報を子孫に伝えている。本発明の前記複核金属錯体も、これと同様の原理で、該他の分子（連結分子等）を認識して水素結合を形成し、自己配列乃至自己集積等が可能となる。そして、このとき、前記複核金属錯体は、前記ＤＮＡ等の生体内分子において観られるような相補的な水素結合（水素結合ユニット）を前記他の分子（連結分子等）との間で形成する。
【００２０】
本発明の前記複核金属錯体を用いると、分子の自己集積化を利用してナノスケールのデバイス、例えば分子素子、マトリクス回路、分子機能デバイス、論理回路等の構築に好適であり、情報通信分野における演算装置、ディスプレイ、メモリ等の各種素子、機器の微細化、及び精密化に応用可能な金属錯体集積構造物を形成可能である。
【００２１】
本発明の金属錯体鎖は、本発明の前記複核金属錯体と、架橋配位子とを有してなることを特徴とする。前記金属錯体鎖としては、複核金属錯体における中心金属イオンが架橋配位子と結合し、複数の複核金属錯体が架橋配位子を介して互いに連結された態様が好ましい。
本発明の金属錯体鎖においては、本発明の前記複核金属錯体が前記架橋配位子を介して連結されており、該複核金属錯体が集積してなる構造を有する。そして、該複核金属錯体は平面構造を有するので、該金属錯体鎖は、前記複核金属錯体鎖による平面構造が前記架橋配位子により集積されてなる梯子型構造を有する。そして、この梯子型構造の金属錯体鎖における対向する末端に、少なくとも３つの水素結合を形成可能な構造を有するときには、本発明の金属錯体鎖を互いに隣接させた状態で配置させ、前記構造と水素結合可能な他の分子（例えば、後述する連結分子など）を介して該金属錯体鎖どうしを連結させることができ、該金属錯体鎖を用いて金属錯体を集積乃至配列させることが容易であり、該金属錯体の高次元集積構造等の構築が可能となり、各種用途に好適な分子素子、分子デバイス等の製造に好適である。
【００２２】
本発明の前記金属錯体鎖を用いると、分子の自己集積化を利用してナノスケールのデバイス、例えば分子素子、マトリクス回路、分子機能デバイス、論理回路等の構築に好適であり、情報通信分野における演算装置、ディスプレイ、メモリ等の各種素子、機器の微細化、及び精密化に応用可能な金属錯体集積構造物を形成可能である。
【００２３】
本発明の金属錯体集積構造物は、本発明の前記金属錯体鎖と、前記金属錯体鎖の複核金属錯体における対向する末端に位置する、少なくとも３つの水素結合を形成可能な構造と水素結合を形成可能な連結分子とを有してなることを特徴とする。
【００２４】
本発明の金属錯体集積構造物においては、前記金属錯体鎖における前記複核金属錯体と、前記連結分子とをビルディングブロックとし、これらが互いに水素結合により結合して、該複核金属錯体と該連結分子とが交互に繰り返される格子状の平面構造が形成されている。そして、該平面構造は複数存在し、これらの内の隣接する２つが、前記金属錯体における前記架橋配位子によって互いに連結されてなる集積構造を有する。このとき、該金属錯体集積構造物においては、前記複核金属錯体と前記連結分子との間で形成される結合が水素結合であるため、その結合の解除、再結合等の制御が容易である。
前記水素結合は、ＤＮＡ等の生体分子において多く存在し、例えば、通常の二本鎖ＤＮＡにおいては、２つの一本鎖ＤＮＡを水素結合により結合して二重らせん構造を形成しているが、必要に応じて所定条件下で前記水素結合を解くことにより前記二重らせん構造を解いたり、再結合させたりするに利用されており、生体内における分子の自己集積化等に極めて重要な役割を果たしている。本発明の金属錯体集積構造物においても、該水素結合を利用することにより、前記複核金属錯体と前記連結分子との結合の解除、再結合等が容易に制御可能となり、また、自己集積乃至自己配列化等が容易となる。一方、本発明の金属錯体集積構造物においては、前記複核金属錯体と前記連結分子との結合に少なくとも３つの水素結合が関与するため、結合後は、該複核金属錯体と前記連結分子との間で十分な結合力を示し、集積乃至配列等されると強固な構造を発現可能である。更に、前記連結分子に、前記複核金属錯体における、少なくとも３つの水素結合可能な構造と、水素結合を形成可能であって、前記構造とは異なる構造部を設けておくことにより、該複核金属錯体は、前記連結分子を容易に分子認識可能である。その原理は、生体内におけるＤＮＡ等と同様である。即ち、該ＤＮＡは、アデニン（Ａ）がチミン（Ｔ）を認識（チミン（Ｔ）がアデニン（Ａ）を認識）して２つの水素結合で結合し、グアニン（Ｇ）がシトシン（Ｃ）を認識（シトシン（Ｃ）がグアニン（Ｇ）を認識）して３つの水素結合で結合することにより、安定な２重らせん構造を形成し、遺伝情報を子孫に伝えている。本発明の前記金属錯体集積構造物も、これと同様の原理で、前記複核金属錯体と前記連結分子とが互いに認識して水素結合を形成し、自己配列乃至自己集積等が可能となる。そして、このとき、前記複核金属錯体は、前記ＤＮＡ等の生体内分子において観られるような相補的な水素結合（水素結合ユニット）を前記連結分子との間で形成する。そして、高次元に集積された超分子としての金属錯体集積構造物が、自己配列乃至自己集積化等により安定かつ容易に構築することが可能となる。
【００２５】
なお、上述のような前記金属錯体集積構造物としては、前記連結分子が、対向する末端に少なくとも３つの水素結合を形成可能な構造を有する態様が好ましい。
また、前記金属錯体集積構造物としては、第一の金属錯体鎖における一の複核金属錯体と、該第一の金属錯体鎖に隣接して位置する第二の金属錯体鎖における一の複核金属錯体とが、連結分子によって水素結合を介して連結され、かつ、第三の金属錯体鎖における一の複核金属錯体と、該第三の金属錯体鎖に隣接して位置する第四の金属錯体鎖における一の複核金属錯体とが、連結分子によって水素結合を介して連結されてなり、前記第一の金属錯体鎖における一の複核金属錯体と、前記第二の金属錯体鎖における一の複核金属錯体と、これらを連結する一の前記連結分子とを含む一の格子状平面と、前記第一の金属錯体鎖における他の複核金属錯体と、前記第二の金属錯体鎖における他の複核金属錯体と、これらを連結する他の前記連結分子とを含み、前記一の平面に隣接して位置する２つの他の格子状平面の内の一方との間に、前記第三の金属錯体鎖における一の複核金属錯体と、前記第四の金属錯体鎖における一の複核金属錯体と、これらを連結する一の前記連結分子とを含む一の平面が位置する態様が好ましい。
また、前記金属錯体集積構造物としては、前記連結分子が、ドナー性及びアクセプター性の少なくともいずれかを示すπ共役系平面型分子を有してなり、前記一の格子状平面に存在する複核金属錯体における中心金属と、前記一の平面に存在する前記連結分子における、前記ドナー性及びアクセプター性の少なくともいずれかを示すπ共役系平面型分子が互いに相互作用可能であり、前記一の平面に存在する複核金属錯体における中心金属と、前記一の格子状平面に存在する前記連結分子における、前記ドナー性及びアクセプター性の少なくともいずれかを示すπ共役系平面型分子とが互いに相互作用可能である態様が好ましい。
また、前記金属錯体集積構造物としては、前記一の格子状平面に存在する一の複核金属錯体鎖における２つの中心金属を結ぶ直線と、前記一の平面に存在する一の複核金属錯体における２つの中心金属を結ぶ直線とが、互いに略直交する態様が好ましい。
【００２６】
本発明の上述した金属錯体集積構造物においては、前記金属錯体鎖と前記連結分子とが互いに相互作用可能な位置に配されるように交差されているので、前記導電性ワイヤーとして機能し得る前記連結分子に電場を印加すると、前記金属錯体鎖及び該導電性ワイヤーの間で分子レベルでの電荷移動が生ずる。そして、前記金属錯体鎖にキャリア（電子及び正孔の少なくともいずれか）がドーピングされ、該金属錯体鎖の電気伝導性が変化する。その結果、外部から、前記金属錯体鎖と前記導電性ワイヤーとの交点における電気的なスイッチングの制御が分子レベルで可能となる。
また、本発明の金属錯体集積構造物は、三次元構造を有し、通常、単結晶乃至薄膜の構造を有し、該単結晶乃至薄膜の端部まで前記導電性ワイヤーが延設されている。このため、該金属錯体集積構造物においては、前記導電性ワイヤーに外部から電圧を印加した際、その内部における前記金属錯体鎖に導入させるキャリア（電子及び正孔の少なくともいずれか）の量が制御される。その結果、該金属錯体集積構造物によると、分子レベルで電流のスイッチングが可能である。該金属錯体集積構造物は、超高密度、超高速で作動可能な分子素子、マトリクス回路、分子機能デバイス、論理回路、メモリ等として好適であり、情報通信分野における演算装置、ディスプレイ、メモリ等の各種機器の微細化及び精密化に応用可能である。
また、本発明の金属錯体集積構造物は、前記複核金属錯体と、前記架橋配位子と、前記連結分子との自発的なパッキングによる自己配列乃至自己集積化により、低コストで容易にしかも効率的に構築乃至製造可能であり、安定でかつ規則的な繰返し構造を有し、物質的に実現し得る最小スケールの電子回路等として好適に応用可能である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によると、従来における問題を解決することができ、分子の自己集積化を利用してナノスケールのデバイス、例えば分子素子、マトリクス回路、分子機能デバイス、論理回路等の構築に好適であり、情報通信分野における演算装置、ディスプレイ、メモリ等の各種機器の微細化及び精密化に応用可能であり、自己配列乃至自己集積化が容易で製造乃至分子の配置制御等が容易な金属錯体集積構造物、並びに、該金属錯体集積構造物に好適であり、自己配列乃至自己集積化が容易な多座配位子、該多座配位子を用い、自己配列乃至自己集積化が容易な複核金属錯体及び金属錯体鎖を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
（多座配位子）
本発明の多座配位子は、イミノ基、アミド基及びアミノ基から選択される窒素含有基を４つ含み、該４つの窒素含有基における各窒素原子を配位原子として略同一平面上に有する四座の平面配位部位を略同一平面上に２つ有してなり、かつ少なくとも３つの水素結合を形成可能な構造を対向する末端に有する。
【００２９】
前記四座の平面配位部位としては、窒素含有基を４つ含み、該４つの窒素含有基における各窒素原子を配位原子として同一平面上に有してなること以外は特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。該四座の平面配位部位においては、前記各窒素原子が同一平面上に４つ存在している。
【００３０】
前記窒素含有基としては、窒素原子を含有していれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、イミノ基、アミド基及びアミノ基から選択されるものが好ましい。前記４つの窒素含有基は、互いに同一であってもよいし、異なっていてもよい。
【００３１】
前記多座配位子は、前記四座の平面配位部位を略同一平面上に２つ有してなるが、該２つの四座の平面配位部位は互いに同一であってもよいし、異なっていてもよいが、該多座配位子を用いて集積化等した分子素子等を構築する観点からは、互いに同一であるのが好ましい。
【００３２】
前記多座配位子においては、前記四座の平面配位部位の２つが互いに隣接した構造が好ましく、前記四座の平面配位部位の２つが互いにπ共役系構造で連結されている構造がより好ましく、前記四座の平面配位部位の２つが互いにπ共役系構造を介して同一平面上に存在しているのが更に好ましく、前記四座の平面配位部位における、４つの窒素含有基の内の２つにおける各窒素原子がπ共役系構造に結合し、かつ前記四座の平面配位部位の２つが互いに前記π共役系構造を介して同一平面上に存在しているのが最も好ましい。
前記四座の平面配位部位の２つが互いにπ共役系構造で連結されている構造の場合、２つの前記四座の平面配位部位における４つの窒素原子に、それぞれ中心金属イオンを配位させて複核金属錯体を形成した場合に、該２つの中心金属イオン間を前記π共役系構造によって構造的乃至電子的に連結可能とすることができる点で有利である。また、該複核金属錯体がこのような構造を有すると、該複核金属錯体を積層させた際に、その層間にドーパント分子を挟ませることができ、π−π相互作用により、電荷移動効率がより向上した金属錯体集積構造物を構築することができる点で有利である。
【００３３】
前記π共役系構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、芳香族環などが好適に挙げられる。
前記芳香族環としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ベンゼン環、ピラジン環、これらの誘導体などが好適に挙げられる。これらは、１種単独で用いられていてもよいし、２種以上を用いてもよく、置換基で置換されていてもよいが、これらの中でも、ベンゼン環及びピラジン環のいずれかであるのがより好ましい。
【００３４】
前記多座配位子の構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、前記４つの窒素含有基の内の、２つにおける各窒素原子が前記π共役系構造に結合し、他の２つにおける各窒素原子が、少なくとも３つの水素結合を形成可能な構造と結合し、前記四座の平面配位部位が閉環してマクロサイクルを形成している構造を有しているのが、末端官能基による目的外の反応や相互作用を抑えることができる点で好ましい。
【００３５】
前記少なくとも３つの水素結合を形成可能な構造としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択すことができ、例えば、水素原子を受け取る側である水素受容基２つの間に、水素原子を与える側である水素供与基が挟まれた構造、などが好適に挙げられる。
前記水素受容基としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、カルボニル基などが好適に挙げられる。
前記水素供与基としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、イミノ基などが好適に挙げられる。
【００３６】
前記少なくとも３つの水素結合を形成可能な構造の具体例としては、例えば、下記式で表わされるビウレット構造などが挙げられる。
【化９】
2006225302.tif 000006
なお、前記ビウレット構造において、２つのカルボニル基が前記水素受容基に相当し、該カルボニル基に挟まれたイミノ基が前記水素供与基に相当する。
【００３７】
前記少なくとも３つの水素結合を形成可能な構造は、前記多座配位子における、対向する両末端に設けられている。このとき、前記少なくとも３つの水素結合を形成可能な構造が、四座の平面配位部位における４つの窒素含有基の内の２つにおける各窒素原子と結合し、該四座の平面配位部位が閉環してマクロサイクルを形成しているのが、末端官能基による目的外の反応や相互作用を抑えることができる点で好ましい。
【００３８】
前記多座配位子の具体例としては、下記式（１）〜式（４）の少なくともいずれかで表される多座配位子が好適に挙げられる。
【００３９】
【化１０】
2006225302.tif 000007
【化１１】
2006225302.tif 000008
【化１２】
2006225302.tif 000009
【化１３】
2006225302.tif 000010
ただし、前記式（１）〜式（４）において、各Ｒは、同一であってもよいし、異なっていてもよく、水素原子又は置換基を表す。Ｘは、炭素原子及び窒素原子の少なくともいずれか又はそれを含む基を表す。
【００４０】
前記Ｒが前記置換基である場合、該置換基としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、アルキル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ヒドロキシ基、チオール基、アミノ基、ハロゲン原子などが挙げられる。
前記アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基などが挙げられる。
前記アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基などが挙げられる。
前記ハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などが挙げられる。
これらの置換基の中でも、鎖間の相互作用を制御し得る点で、ヒドロキシ基、チオール基などが特に好ましい。
【００４１】
本発明の多座配位子の製造方法としては、特に制限はなく、適宜選択することができる。例えば、前記式（３）で多座配位子において前記Ｒが水素原子であるものは、下記反応式に示すように、ニトロ尿素と、１,２,４,５−テトラ（２−アミノエチルアミド）ベンゼンとを水溶液中で混合し、７０℃にて５時間加熱することにより製造（合成）することができる。
【００４２】
【化１４】
2006225302.tif 000011
【００４３】
本発明の多座配位子は、各種分野において好適に使用することができるが、以下に説明する本発明の複核金属錯体、本発明の金属錯体鎖、本発明の金属錯体集積構造物に特に好適に使用することができる。
【００４４】
（複核金属錯体）
本発明の複核金属錯体は、本発明の上述した多座配位子と、中心金属イオンとを有してなり、必要に応じてその他の構造等を有してなる。
【００４５】
前記中心金属イオンとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、本発明の前記金属錯体鎖を形成した際に安定な梯子型構造をとり易い点で、該金属錯体鎖中で六配位（前記金属錯体鎖に取り込まれる前においては平面四配位）構造をとる遷移金属イオンであることが好ましい。
これら遷移金属イオンの中でも、前記金属錯体鎖を積層することにより、超高密度、超高速で作動可能なナノスケールのデバイス、例えば分子素子、マトリクス回路、分子機能デバイス、論理回路等の構築に好適であり、情報通信分野における演算装置、ディスプレイ、メモリ等の各種素子、機器の微細化及び精密化に応用可能な、強相関電子系梯子型の金属錯体集積構造物を形成可能な点で、Ｎｉ（ＩＩ）、Ｎｉ（ＩＩＩ）、Ｃｕ（ＩＩ）、Ｚｎ（ＩＩ）、Ｃｏ（ＩＩ）、Ｃｒ（ＩＩ）、Ｍｎ（ＩＩ）、Ｆｅ（ＩＩ）、Ｐｄ（ＩＩ）、Ｐｔ（ＩＩ）、Ｒｕ（ＩＩ）、Ｒｈ（ＩＩ）、Ａｇ（ＩＩ）、及びＡｕ（ＩＩＩ）の少なくともいずれかのイオンであるのがより好ましい。
【００４６】
前記中心金属イオンは、前記多座配位子における前記四座の平面配位部位に配位される（２つの該四座の平面配位部位にそれぞれ配位される）。即ち、前記多座配位子１つ当たり、２つの該中心金属イオンが配位される。このとき、該２つの中心金属イオンとしては、互いに同一であってもよいし、異なっていてもよい。
【００４７】
前記複核金属錯体としては、前記多座配位子における前記四座の平面配位部位の２つが互いに隣接した構造が好ましく、前記四座の平面配位部位の２つが互いに上述したπ共役系構造で連結されている構造がより好ましく、前記四座の平面配位部位の２つが互いに前記π共役系構造を介して同一平面上に存在しているのが更に好ましく、前記四座の平面配位部位における、４つの窒素含有基の内の２つにおける各窒素原子が前記π共役系構造に結合し、かつ前記四座の平面配位部位の２つが互いに前記π共役系構造を介して同一平面上に存在しているのが最も好ましい。
前記四座の平面配位部位の２つが互いに前記π共役系構造で連結されている構造の場合、２つの前記四座の平面配位部位における４つの窒素原子に、それぞれ中心金属イオンが配位させて複核金属錯体を形成した場合に、該２つの中心金属イオン間を前記π共役系構造によって構造的乃至電子的に連結可能とすることができる点で有利である。また、該複核金属錯体がこのような構造を有すると、該複核金属錯体を積層させた際に、その層間にドーパント分子を挟ませることができ、π−π相互作用により、電荷移動効率がより向上した金属錯体集積構造物を構築することができる点で有利である。
【００４８】
本発明の複核金属錯体の製造方法としては、特に制限はなく、適宜選択した方法、例えば、電解合成法などにより製造（合成）することができる。
本発明の複核金属錯体は、各種分野において好適に使用することができるが、以下に説明する本発明の金属錯体鎖、本発明の金属錯体集積構造物に特に好適に使用することができる。
【００４９】
（金属錯体鎖）
本発明の金属錯体鎖は、本発明の上述した複核金属錯体と、架橋配位子とを有してなり、必要に応じて適宜選択したその他の構造を有してなる。
【００５０】
前記架橋配位子としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、組み合わせる前記複核金属錯体として強相関電子系金属の複核金属錯体を用いることにより、該強相関電子系金属との相互作用によって金属的伝導性へのスイッチング機能のみならず、超伝導転移特性をも該金属錯体鎖乃至それを用いた金属錯体集積構造物に発現させ得る点で、ハロゲンイオン（フッ素イオン、塩素イオン、臭素イオン、ヨウ素イオンなど）、ピラジン化合物（ピラジン及びその誘導体）、ビピリジン化合物（ビピリジン及びその誘導体）、などが特に好ましい（図１Ａ参照）。
【００５１】
前記金属錯体鎖は、一次元鎖及び二次元鎖の中間状態である梯子型構造を有している（図１Ａ参照）。この梯子型構造の金属錯体鎖は、反強磁性的な金属鎖が偶数本並んだスピンラダーと呼ばれる梯子型構造である場合、キャリアドーピングにより超伝導を示す可能性があり、銅酸化物を用いた二本鎖の梯子型構造の金属錯体鎖が高圧下において超伝導を示すことが実験的に確認されている点で有利である。
【００５２】
また、前記金属錯体鎖は、前記複核金属錯体における前記中心金属イオンが、前記架橋配位子と結合し、複数の前記複核金属錯体が前記架橋配位子を介して互いに連結されて、前記複核金属錯体を含む平面が前記架橋配位子により集積されており、梯子型構造を呈している。そして、該金属錯体鎖は、略直線状に伸長している。
【００５３】
前記金属錯体鎖の中でも、良好な導電性乃至超伝導性の発現が期待される点で、前記複核金属錯体における前記多座配位子中の前記中心金属イオンが不対電子を有し、該不対電子におけるスピンが、前記架橋配位子を介して反平行に配列しているもの（スピンラダー系の梯子型構造を有する金属錯体鎖）が好ましく、強相関電子系の性質を有するのがより好ましい。
【００５４】
また、前記金属錯体鎖の中でも、良好な導電性乃至超伝導性の発現が期待される点で、該複核金属錯体を用いて形成した金属錯体集積構造体における、該複核金属錯体間に、ドナー性及びアクセプター性の少なくともいずれかを示すπ共役系平面型分子が位置しているのが好ましく、更なる導電性の向上の観点からは、該複核金属錯体と該π共役系平面型分子とが物理的に交互に配列した交互積層構造を有し、前記複核金属錯体と前記π共役系平面型分子との積層によって形成される、金属錯体鎖とπ電子カラムとが電気的に並行に配置された分離積層構造を有しているのがより好ましい。
【００５５】
また、前記金属錯体鎖の中でも、前記複核金属錯体における前記多座配位子が、前記式（１）、式（３）及び式（４）の少なくともいずれかで表される場合には、該多座配位子における、略中央に位置する前記芳香族環の近くに位置するカルボニル基が、前記ドナー性及びアクセプター性の少なくともいずれかを示すπ共役系平面型分子（芳香族化合物、ヘテロ芳香族化合物など）と相互作用可能であるものが好ましく、前記式（２）で表される場合には、該多座配位子における、略中央に位置する前記芳香族環の近くに位置する置換基Ｒが、前記ドナー性及びアクセプター性の少なくともいずれかを示すπ共役系平面型分子と相互作用可能であるものが好ましい。
【００５６】
本発明の金属錯体鎖の製造方法としては、特宜制限はなく、目的に応じて適宜選択した方法、例えば、電解合成法などにより製造（合成）することができる。
本発明の金属錯体鎖は、各種分野において好適に使用することができるが、以下に説明する本発明の金属錯体集積構造物に特に好適に使用することができる。
【００５７】
（金属錯体集積構造物）
本発明の金属錯体集積構造物は、本発明の上述した金属錯体鎖と、連結分子とを有してなり、更に必要に応じて選択したその他の構造等を有してなる。
【００５８】
前記金属錯体鎖としては、上述した通りであり、梯子型構造を有する本発明の前記金属錯体鎖を好適に用いることができるが、前記金属錯体集積構造物においては、前記スピンラダー系梯子型金属錯体鎖を用いるのが好ましい。なお、前記スピンラダー系梯子型金属錯体鎖としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、図１Ｂに示すような構造を有する本発明の前記複核金属錯体が集積された金属錯体鎖（図１Ａ参照）、等が好適に挙げられる。前記スピンラダー系梯子型金属錯体鎖は、一次元鎖及び二次元鎖の中間状態の構造を示し、前記架橋配位子の超交換相互作用によりその金属錯体鎖方向（金属錯体の集積方向）及び金属錯体鎖間方向（該集積方向と略直交方向）の少なくともいずれかの方向に反強磁性的な相互作用を有し、キャリアドーピングによって導電性乃至超伝導性を示し得ることが、「Ｔ．Ｍ．Ｒｉｃｅ，Ｓ．Ｇｏｐａｌａｎ  ａｎｄ  Ｍ．Ｓｉｇｒｉｓｔ，Ｅｕｒｏｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，２３  ４４５（１９９３）」において報告されている。前記スピンラダー系梯子型金属錯体鎖の場合、純粋な一次元鎖、二次元鎖、及び三次元鎖的な相互作用を伴う系の何れとも異なり、梯子型系内でのみスピン対が形成され、超伝導状態が発現される可能性が示唆されており、前記スピンラダー系梯子型金属錯体鎖を用いると、発熱の問題のない微細な分子素子、マトリクス回路、分子機能デバイス、論理回路等として好適な前記金属錯体集積構造物が容易に得られる点で有利である。
【００５９】
前記連結分子は、前記金属錯体集積構造物において導電性ワイヤーとして機能する。
前記連結分子としては、前記金属錯体鎖の複核金属錯体における対向する末端に位置する、少なくとも３つの水素結合を形成可能な構造と水素結合を形成可能である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、その対向する末端に少なくとも３つの水素結合を形成可能な構造を有するものが好ましい。この場合、該連結分子が前記複核金属錯体における前記少なくとも３つの水素結合を形成可能な構造に水素結合可能であり、該連結分子と前記複核金属錯体とが互いに相手の分子を認識可能であり、かつこれらをビルディングブロックとして自己配列乃至自己集積等を行うことが容易であり、金属錯体集積構造物の構築等に好適である点で有利である。
【００６０】
前記少なくとも３つの水素結合を形成可能な構造としては、前記金属錯体鎖の複核金属錯体における対向する末端に位置する、少なくとも３つの水素結合を形成可能な構造と水素結合を形成可能である限り、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、複素環構造を形成する窒素原子と、該窒素原子に隣接しかつ該窒素原子に結合する２つの炭素原子に結合した水素含有基とで形成された構造、などが好適に挙げられる。
前記水素含有基としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、アミノ基などが好適に挙げられる。
【００６１】
前記連結分子としては、例えば、ドナー性及びアクセプター性の少なくともいずれかを示すπ共役系平面型分子を有するのが好ましい。
前記ドナー性及びアクセプター性の少なくともいずれかを示すπ共役系平面型分子は、分子の自己配列乃至自己集積等、前記金属錯体集積構造物の強度等を考慮すると、剛直な直鎖状分子であるのが好ましく、４,４’−ビピリジニウムなどが特に好適に挙げられる。
【００６２】
なお、前記ドナー性を示すπ共役系平面型分子（電子供与体、ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｄｏｎｏｒ）及び前記アクセプター性を示すπ共役系平面型分子（電子受容体、ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ａｃｃｅｐｔｏｒ）は、電荷移動相互作用において電子を授受する分子であり、相手の物質にドナー性及びアクセプター性のいずれかが相対的に決まる。一般的には、イオン化ポテンシャルが小さく電子を放出し易い分子は前記ドナー性を示す傾向が大きく、一方、電子親和力が大きく電子を受け取り易い分子は前記アクセプター性を示す傾向が大きく、例えば、テトラチアフルバレン（ＴＴＦ）系分子は、前記ドナー性を示すπ共役系平面型分子であり、テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）系分子は、前記アクセプター性を示すπ共役系平面型分子である。
【００６３】
前記ドナー性を示すπ共役系平面型分子としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、縮合多環芳香族炭化水素、ＴＴＦ系化合物、ＴＴＴ系化合物、アジン系化合物、アミン系化合物、ベンジジン系化合物、ジアミノピレン系化合物、その他のドナー化合物、などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００６４】
前記縮合多環芳香族炭化水素としては、例えば、テトラセン（ナフタセン）、ペリレン、アントラセン、コロネン、ピレン、クリセン、フェナントレン、ナフタレン、ｐ−ジメトキシベンゼン、ヘキサメトキシトリフェニレン（ＨＭＴＰ）、などが挙げられる。
前記ＴＴＦ系化合物としては、例えば、ＨＭＴＴＦ、ＯＭＴＴＦ、ＴＭＴＴＦ、ＢＥＤＯ−ＴＴＦ、ＴＴｅＣ１−ＴＴＦ、ＴＭＴＳＦ、ＥＤＯ−ＴＴＦ、ＨＭＴＳＦ、ＴＴＦ、ＥＯＥＴ−ＴＴＦ、ＥＤＴ−ＴＴＦ、（ＥＤＯ）２ＤＢＴＴＦ、ＴＳＣ１−ＴＴＦ、ＨＭＴＴｅＦ、ＨＭＴＴｅＦ、ＢＥＤＴ−ＴＴＦ、Ｃ７ＴＥＴ−ＴＴＦ、ＴＴＣ１−ＴＴＦ、ＴＳＦ、ＤＢＴＴＦ、などが挙げられる。
前記ＴＴＴ系化合物としては、例えば、テトラチオテトラセン（ＴＴＴ）（テトラチオナフタセン、ＴＴＮ）、テトラセレノ−（ＴＳＴ）、テトラテルロ−（ＴＴｅＴ）、などが挙げられる。
前記アジン系化合物として、フェノチアジン類としては、例えば、ジベンゾ[ｃ，ｄ]−フェノチアジン、ベンゾ[ｃ]−フェノチアジン、フェノチアジン、Ｎ−メチル−フェノチアジン、などが挙げられる。フェノセレナジン類としては、例えば、ジベンゾ[ｃ，ｄ]−フェノセレナジン、などが挙げられる。フェナジン類としては、例えば、Ｎ，Ｎ−ジメチルフェナジン、フェナジン、などが挙げられる。
前記アミン系化合物としては、例えば、モノアミン類、ジアミン類、などが挙げられる。前記モノアミン類としては、例えば、Ｎ，Ｎ−ジエチル−ｍ−トルイジン、Ｎ，Ｎ−ジエチルアニリン、Ｎ−エチル−ｏ−トルイジン、ジフェニルアミン、スカトール、インドール、Ｎ，Ｎ−ジメチル−ｏ−トルイジン、ｏ−トルイジン、ｍ−トルイジン、アニリン、ｏ−クロロアニリン、ｏ−ブロモアニリン、ｐ−ニトロアニリン、などが挙げられる。前記ジアミン類として、ｐ−フェニレンジアミン類としては、例えば、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−２，３，５，６−テトラメチル−（ジュレンジアミン）（ＴＭＰＤ）、ｐ−フェニレンジアミン、などが挙げられる。
前記ベンジジン系化合物としては、例えば、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルベンジジン（Ｎ，Ｎ’−ＴＭＢ）、３，３’，５，５’−テトラメチルベンジジン（３，５−ＴＭＢ）、３，３’−ジメチルベンジジン、３，３’−ジメトキシベンジジン、ベンジジン、３，３’−ジブロモ−５，５’−ジメチルベンジジン、３，３’−ジクロロ−５，５’−ジメチルベンジジン、などが挙げられる。
前記ジアミノピレン系化合物としては、例えば、１，６−ジアミノピレン（ＤＡＰ）、などが挙げられる。
前記その他のドナー化合物としては、例えば、１，４，６，８−テトラキスジメチルアミノピレン（ＴＤＡＰ）、１，６−ジチオピレン（ＤＴＰＹ）、デカメチルフェロセン、フェロセン、などが挙げられる。
【００６５】
前記アクセプター性を示すπ共役系平面型分子としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、キノン系化合物、テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）系化合物、ポリニトロ化合物、遷移金属配位錯塩系化合物、フルオレン類、ペルシアノ類、その他のアクセプター化合物、などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００６６】
前記キノン系化合物として、ｐ−ベンゾキノン類、ｏ−ベンゾキノン類、１,４−ナフトキノン類、ジフェノキノン類などが挙げられる。前記ｐ−ベンゾキノン類としては、例えば、２,３,５,６−テトラシアノ−（ｐ−シアニル）、２,３−ジブロモ−５,６−ジシアノ−ベンゾキノン（ＤＢＤＱ）、２,３−ジブロロ−５,６−ジシアノ−ベンゾキノン（ＤＤＱ）、２,３−ジヨード−５,６−ジシアノ−ベンゾキノン（ＤＩＤＱ）、２,３−ジシアノ−ベンゾキノン（Ｑ（ＣＮ）２）、ｐ−ブロマニル−ベンゾキノン（ＱＢｒ４）、ｐ−クロラニル−ベンゾキノン（ＱＣｌ４）、ｐ−ヨーダニル−ベンゾキノン（ＱＩ４）、ｐ−フルオラニル−ベンゾキノン（ＱＦ４）、２，５−ジクロロ−ベンゾキノン（２，５−ＱＣｌ２）、２，６−ジクロロ−ベンゾキノン（２，６−ＱＣｌ２）、クロラニル酸（ＱＣｌ２（ＯＨ）２）、ブロマニル酸（ＢＢｒ２（ＯＨ）２）、２，５−ジヒドリキシ−（Ｑ（ＯＨ）２）、２，５−ジクロロ−３，６−ジメチル−ベンゾキノン（ＱＣｌ２Ｍｅ２）、２，５−ジクロモ−３，６−ジメチル−ベンゾキノン（ＱＢｒ２Ｍｅ２）、ＢＴＤＡＱ、ｐ−ベンゾキノン、２，５−ジメチル−ベンゾキノン（２，５−ＱＭｅ２）、２，６−ジメチル−ベンゾキノン（２，６−ＱＭｅ２）、ジュロ−（テトラメチル）（ＱＭｅ４）、などが挙げられる。前記ｏ−ベンゾキノン類としては、例えば、ｏ−ブロマニル−ベンゾキノン（ｏ−ＱＢｒ４）、ｏ−クロラニル−ベンゾキノン（ｏ−ＱＣｌ４）、などが挙げられる。前記１，４−ナフトキノン類としては、例えば、２，３−ジシアノ−５−ニトロ−ナフトキノン（ＤＣＮＮＱ）、２，３−ジシアノ−ナフトキノン（ＤＣＮＱ）、２，３−ジクロロ−５−ニトロ−ナフトキノン（Ｃｌ２ＮＮＱ）、２，３−ジクロロ−ナフトキノン（Ｃｌ２ＮＱ）、１，４−ナフトキノン（ＮＱ）、などが挙げられる。前記ジフェノキノン（ＤＱ）類としては、例えば、３，３’，５，５’−テトラブロモ−ジフェノキノン（ＴＢＤＱ）、３，３’，５，５’−テトラクロロ−ジフェノキノン（ＴＣＤＱ）、ジフェノキノン（ＤＱ）、などが挙げられる。
【００６７】
前記テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）系化合物としては、例えば、テトラフルオロ−テトラシアノキノジメタン（Ｆ４ＴＣＮＱ）、トリフルオロメチル−テトラシアノキノジメタン（ＣＦ３ＴＣＮＱ）、２，５−ジフルオロ−テトラシアノキノジメタン（Ｆ２ＴＣＮＱ）、モノフルオロ−テトラシアノキノジメタン（ＦＴＣＮＱ）、ＴＮＡＰ、ＴＣＮＱ、デシル−テトラシアノキノジメタン（Ｃ１０ＴＣＮＱ）、メチル−テトラシアノキノジメタン（ＭｅＴＣＮＱ）、ジヒドロバレレノ−テトラシアノキノジメタン（ＤＨＢＴＣＮＱ）、テトラヒドロバレレノ−テトラシアノキノジメタン（ＴＨＢＴＣＮＱ）、ジメチル−テトラシアノキノジメタン（Ｍｅ２ＴＣＮＱ）、ジエチル−テトラシアノキノジメタン（Ｅｔ２ＴＣＮＱ）、ベンゾ−テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＮＱ）、ジメトキシ−テトラシアノキノジメタン（（ＭｅＯ）２ＴＣＮＱ）、ＢＴＤＡ−ＴＣＮＱ、ジエトキシ−テトラシアノキノジメタン（（ＥｔＯ）２ＴＣＮＱ）、テトラメチル−テトラシアノキノジメタン（Ｍｅ４ＴＣＮＱ）、テトラシアノアントラキノジメタン（ＴＣＡＱ）、などが挙げられる。
【００６８】
前記ポリニトロ化合物としては、例えば、テトラニトロビフェノール（ＴＮＢＰ）、ジニトロビフェニル（ＤＮＢＰ）、ピクリン酸、トリニトロベンゼン（ＴＮＢ）、２，６−ジニトロフェノール、２，４−ジニトロフェノール、などが挙げられる。
前記遷移金属配位錯塩系化合物としては、例えば、（ＴＰＰ）２Ｐｄ（ｄｔｏ）２、（ＴＰＰ）２Ｐｔ（ｄｔｏ）２、（ＴＰＰ）２Ｎｉ（ｄｔｏ）２、（ＴＰＰ）２Ｃｕ（ｄｔｏ）２、（ＴＢＡ）２Ｃｕ（ｏｘ）２、などが挙げられる。なお、「（ｄｔｏ）」（ジチオオキサラート）は硫黄で配位したものであり、「（ｏｘ）」（オキサラート）は酸素で配位したものである。
【００６９】
前記フルオレン類としては、例えば、９−ジシアノメチレン−２，４，５，７−テトラニトロ−（ＤＴＥＮＦ）、９−ジシアノメチレン−２，４，７−トリニトロ−（ＤＴＮＦ）、２，４，５，７−テトラニトロフルオレノン（ＴＥＮＦ）、２，４，７−トリニトロフルオレノン（ＴＮＦ）、などが挙げられる。
前記ペルシアノ類としては、例えば、（ＴＢＡ）２ＨＣＴＭＭ、（ＴＢＡ）２ＨＣＤＡＨＤ、Ｋ・ＣＦ、ＴＢＡ・ＰＣＡ、ＴＢＡ・ＭｅＯＴＣＡ、ＴＢＡ・ＥｔＯＴＣＡ、ＴＢＡ・ＰｒＯＴＣＡ、（ＴＢＡ）２ＨＣＰ、ヘキサシアノブタジエン（ＨＣＢＤ）、テトラシアノエチレン（ＴＣＮＥ）、１，２，４，５−テトラアイアノベンゼン（ＴＣＮＢ）、などが挙げられる。
前記その他のアクセプター化合物としては、例えば、Ｉ２、ＴＢＡ・Ｉ、ＴＢＡ・Ｉ３、ＴＢＡ・Ｉ５、などが挙げられる。
【００７０】
前記π共役系平面型分子における「π共役系」とは、例えば、ベンゼン環のように炭素の単結合と二重結合とが順番に繰り返している構造を意味する。該ベンゼン環では、環に沿って比較的自由に動けるπ電子が分布しており、通電可能であることを意味する。
【００７１】
前記ドナー性及びアクセプター性の少なくともいずれかを示すπ共役系平面型分子としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、分子が曲がったり、回転したりすることなく、常に直鎖状を維持することができる剛直な直鎖状分子であるのが好ましく、例えば、ビピリジン骨格、などが好適に挙げられる。なお、前記ビピリジン骨格においては、２つのピリジン環中の各窒素原子が正電荷を帯びており、各窒素原子が互いに対向して位置しているのが好ましい。
【００７２】
前記連結分子の具体例としては、前記ドナー性及びアクセプター性の少なくともいずれかを示すπ共役系平面型分子としての４，４’−ビピリジルにおける、対向する末端（分子の両末端）に、前記少なくとも３つの水素結合を形成可能な構造としてのジアミノトリアジン基を有するもの（下記構造式で表わされるもの）、などが好適に挙げられる。
【００７３】
【化１５】
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【００７４】
前記金属錯体集積構造物は、本発明の前記金属錯体鎖と、前記連結分子とを互いに水素結合により連結させてなり、即ち、前記金属錯体鎖における少なくとも３つの水素結合を形成可能な構造と、前記連結分子における少なくとも３つの水素結合を形成可能な構造とを互いに水素結合により連結させてなり、該金属錯体鎖と該連結分子とが交互に位置してなる三次元構造を有する。該金属錯体集積構造物においては、前記連結分子は、上述した通り、ドナー性及びアクセプター性の少なくともいずれかの性質を示す導電性ワイヤーとして機能し、前記金属錯体鎖における複核金属錯体と相互作用可能に位置しているため、該金属錯体集積構造物において、前記連結分子（導電性ワイヤー）に電場を印加すると、前記金属錯体鎖及び該連結分子（導電性ワイヤー）の間で分子レベルでの電荷移動が生じ、その結果、前記金属錯体鎖にキャリア（電子及び正孔の少なくともいずれか）がドーピング（キャリアドーピング）される。
【００７５】
前記金属錯体集積構造物の具体的な構造としては、図２〜４に示した通り、（１）第一の金属錯体鎖における一の複核金属錯体と、該第一の金属錯体鎖に隣接して位置する第二の金属錯体鎖における一の複核金属錯体とが、連結分子によって水素結合を介して連結され、かつ、第三の金属錯体鎖における一の複核金属錯体と、該第三の金属錯体鎖に隣接して位置する第四の金属錯体鎖における一の複核金属錯体とが、連結分子によって水素結合を介して連結されてなり、前記第一の金属錯体鎖における一の複核金属錯体と、前記第二の金属錯体鎖における一の複核金属錯体と、これらを連結する一の前記連結分子とを含む一の格子状平面と、前記第一の金属錯体鎖における他の複核金属錯体と、前記第二の金属錯体鎖における他の複核金属錯体と、これらを連結する他の前記連結分子とを含み、前記一の平面に隣接して位置する２つの他の格子状平面の内の一方との間に、前記第三の金属錯体鎖における一の複核金属錯体と、前記第四の金属錯体鎖における一の複核金属錯体と、これらを連結する一の前記連結分子とを含む一の平面が位置する構造、（２）更に、前記一の格子状平面と、前記２つの他の格子状平面の内の他方との間に、前記第三の金属錯体鎖における一の複核金属錯体に隣接して位置する、他の複核金属錯体と、前記第四の金属錯体鎖における一の複核金属錯体に隣接して位置する、他の複核金属錯体と、これらを連結する他の連結分子とを含む他の平面が位置する構造、（３）前記一の格子状平面に存在する複核金属錯体上に、前記一の平面に存在する連結分子が位置し、前記一の格子状平面に存在する連結分子上に、前記一の平面に存在する複核金属錯体が位置する構造、（４）前記一の格子状平面に存在する複核金属錯体上に、前記一の平面に存在する連結分子における、ドナー性及びアクセプター性の少なくともいずれかを示すπ共役系平面型分子が位置し、前記一の格子状平面に存在する連結分子における、ドナー性及びアクセプター性の少なくともいずれかを示すπ共役系平面型分子上に、前記一の平面に存在する複核金属錯体が位置する構造、（５）前記一の格子状平面に存在する一の複核金属錯体上に、前記一の平面に存在する連結分子における、ドナー性及びアクセプター性の少なくともいずれかを示すπ共役系平面型分子が、前記一の複核金属錯体における２つの中心金属から略等距離に位置し、前記一の格子状平面に存在する連結分子における、ドナー性及びアクセプター性の少なくともいずれかを示すπ共役系平面型分子上に、前記一の平面に存在する複核金属錯体における２つの中心金属が略等距離に位置する構造、（６）前記一の格子状平面に存在する複核金属錯体における中心金属と、前記一の平面に存在する連結分子における、ドナー性及びアクセプター性の少なくともいずれかを示すπ共役系平面型分子が互いに相互作用可能であり、前記一の平面に存在する複核金属錯体における中心金属と、前記一の格子状平面に存在する連結分子における、ドナー性及びアクセプター性の少なくともいずれかを示すπ共役系平面型分子とが互いに相互作用可能である構造、（７）前記第一の金属錯体鎖及び前記第二の金属錯体鎖の少なくともいずれかにおける、一の複核金属錯体に存在する２つの中心金属に結合した２つの架橋配位子の間に、前記第三の金属錯体鎖及び前記第四の金属錯体鎖の少なくともいずれかに連結した一の連結分子が、挟まれた状態で位置する構造、（８）前記一の格子状平面に存在する一の複核金属錯体鎖における２つの中心金属を結ぶ直線と、前記一の平面に存在する一の複核金属錯体における２つの中心金属を結ぶ直線とが、互いに略直交する構造、（９）前記複核金属錯体における中心金属イオンと、前記ドナー性及びアクセプター性の少なくともいずれかを示すπ共役系平面型分子におけるπ電子カラムとが、電子的に並行に配置された分離積層構造、（１０）前記金属錯体鎖における複核金属錯体中の多座配位子が、上述した式（１）から式（４）の少なくともいずれかで表され、前記連結分子が上述した、両末端にジアミノトリアジン基を有する４，４’−ビピリジルである構造、（１１）前記多座配位子の略中央に位置する芳香環の近くに位置するカルボニル基又は置換基Ｒが、前記連結分子におけるピリジン環における窒素原子と相互作用可能である構造、などが好適に挙げられる。
【００７６】
前記金属錯体集積構造物の具体的な構造が、前記（１）〜（１１）のいずれかである場合、自己配列乃至自己集積等が容易であり、該金属錯体集積構造物において、前記連結分子（導電性ワイヤー）に電場を印加すると、前記金属錯体鎖及び該連結分子（導電性ワイヤー）の間で分子レベルでの電荷移動が生じ、前記金属錯体鎖にキャリア（電子及び正孔の少なくともいずれか）を効率的にドーピング（キャリアドーピング）することができ、該キャリアはπ電子雲を介して効率的に移動可能である点で有利である。また、該金属錯体集積構造物においては、前記複核金属錯体と前記連結分子（導電性ワイヤー）とが、分子の両端に互いに相補的な少なくとも３つの水素結合可能な構造を有しているので、互いに相手の分子認識が可能であり、また、略直線状にネットワークを容易に伸長させることができる一方、該ネットワークの分解、再構築等の制御も容易である。該金属錯体集積構造物においては前記水素結合を利用していることから、ＤＮＡ等の生体分子と同様に、その自己集積乃至自己配列化等が容易である。一方、前記複核金属錯体と前記連結分子（導電性ワイヤー）とが、少なくとも３つの水素結合により連結されるので、集積乃至配列等されると強固な構造を発現可能である。
【００７７】
また、前記（３）〜（１１）の場合、前記連結分子（導電性ワイヤー）と前記複核金属錯体とが、互いに相互作用可能に交互に集積されて配置されているので、前記連結分子（導電性ワイヤー）に電場を印加すると、キャリア（電子及び正孔の少なくともいずれか）の供与及び受容の少なくともいずれかが容易に生じ得る点で有利である。また、前記（８）〜（１１）の場合、集積された前記連結分子（導電性ワイヤー）と前記複核金属錯体との交差の角度が略９０度であるので、格子状構造の三次元的ネットワークを効率よく形成可能な点で有利である。
【００７８】
前記金属錯体集積構造物において、前記連結分子（導電性ワイヤー）に電場を印加すると、前記金属錯体鎖及び該連結分子（導電性ワイヤー）の間で分子レベルでの電荷移動が生ずる。その結果、前記金属錯体鎖にキャリア（電子及び正孔の少なくともいずれか）がドーピング（キャリアドーピング）される。該キャリアドーピングの際、前記金属錯体鎖における複核金属錯体が、ニッケル錯体、銅錯体等の電子相関が大きい物質である場合、該金属錯体鎖の電気伝導性を絶縁性から金属特性乃至超伝導特性へと変化させることができる。
【００７９】
前記金属錯体集積構造物は、上述のように、隣接する前記金属錯体鎖間に導電性パスとしての前記連結分子（導電性ワイヤー）が位置し、該連結分子（導電性ワイヤー）が前記金属錯体鎖に交差してなる三次元構造（三次元ネットワーク構造）を有し、該単結晶乃至薄膜の端部まで前記連結分子（導電性ワイヤー）が延設されている。このため、該金属錯体集積構造物においては、前記連結分子（導電性ワイヤー）に外部から電圧を印加した際、その内部における前記金属錯体鎖に流れるキャリア(電子及び正孔の少なくともいずれか)の量が制御される。その結果、該金属錯体集積構造物によると、分子レベルで電流のスイッチングが可能である。該金属錯体集積構造物は、超高密度、超高速で作動可能な分子素子、マトリクス回路、電子状態の変化乃至それに伴う発光、記憶、構造変化、及び演算の少なくともいずれかの機能を分子単位で制御可能な分子機能デバイス（例えば、互いに機能の異なる層が積層されてなる）、ＡＮＤ回路及びＯＲ回路のいずれかの論理回路等として好適であり、情報通信分野における演算装置、ディスプレイ、メモリ等の各種機器の微細化及び精密化に応用可能である。
【００８０】
図２及び図３は、前記金属錯体集積構造物の一構造例を示す概略説明図である。図２及び図３に示す例では、前記金属錯体集積構造物は、前記金属錯体が集積してなる金属錯体鎖１と、前記ドナー性及びアクセプター性の少なくともいずれかを示す導電性ワイヤー（連結分子）２とが、互いに相互作用（電荷移動）可能に交差した状態で集積された構造を有する。このため、導電性ワイヤー（連結分子）２に電圧を印加すると、図２及び図３に示す例では、金属錯体鎖１と導電性ワイヤー（連結分子）２との間に電荷移動が生じさせることができる。この電荷移動によって、金属錯体鎖１にキャリアがドーピングされ、金属錯体鎖１の集積方向（金属錯体鎖方向）への電流をＯＮ／ＯＦＦ切替することが可能となる。なお、図２及び図３中、「ｅ−」は、電子を意味し、「ｅ−」に付された矢印は、電子の移動方向を意味し、図２及び図３における矢印は、電気伝導の方向を意味する。
【００８１】
図９及び図１０は、金属錯体集積構造物の一構造例を示す概略説明図である。なお、図９において、「□」は、複核金属錯体を意味し、楕円は、アクセプター性を有する分子（又はドナー性を有する分子）を意味する。図９中、「ｅ−」は、電子を意味し、「ｅ−」に付された矢印は、電子の移動方向を意味し、上向きの矢印は、電気伝導の方向を意味し、「Ｍ」を包含する長方形は、複核金属錯体を意味し、円柱形は、アクセプター性を有する分子（又はドナー性を有する分子）を意味し、「→」は、電場の印加方向を意味する。
図９に示す金属錯体集積構造物においては、前記複核金属錯体と、前記ドナー性及びアクセプター性の少なくともいずれかを示す前記連結分子とが、互いに少なくとも３つの水素結合によって連結されて同一平面上に一次元鎖を形成している。該一次元鎖は、前記架橋配位子により該一次元鎖に含まれる中心金属イオンが上下に繋がれて積層され、該一次元鎖と直交する方向に梯子型構造の前記金属錯体鎖が形成される。該金属錯体集積構造物においては、図１０に示すように、該一次元鎖が梯子型構造の前記複核金属錯体の間に相互貫入され、前記連結分子（導電性ワイヤー）が自己集積により三次元的に直交に配置され、三次元ネットワークが形成されている。即ち、前記複核金属錯体と前記連結分子（導電性ワイヤー）とが、互いに少なくとも３つの水素結合によって連結されてなる一次元鎖どうしが直交して配置されている。該一次元鎖における前記連結分子（導電性ワイヤー）は、該一次元鎖における前記複核金属錯体における略中央部に貫入されている。更に、前記一次元鎖における前記連結分子（導電性ワイヤー）が、前記複核金属錯体の一部とπ−πスタッキングしている。
【００８２】
このとき、前記複核金属錯体と、アクセプター性を示す前記連結分子（導電性ワイヤー）との組合せの場合、それらの交点、即ちアドレスラインの交点において、正電位が印加された側のアドレスラインの交点部が前記アクセプター性分子であり、負の電位が印加されている側が前記複核金属錯体であれば、梯子型構造の前記金属錯体鎖から前記アクセプター性分子への電荷移動が促進され、キャリアとしての正孔が導入されることにより、梯子型構造の前記金属錯体鎖の導電性のスイッチはＯＮとして働く。逆に、負の電位が印加されたアドレスラインの交点部が前記分子であれば、電荷移動が阻害されてスイッチングは働かず、ＯＦＦとなる。
【００８３】
該金属錯体集積構造物においては、互いに直交して配置される前記連結分子（導電性ワイヤー）が同一種類の一次元鎖であるので、異なる種類の一次元鎖を用いた場合に比し、該金属錯体集積構造物の前記単結晶（三次元構造）の対称性は等方的であり、自己配列乃至自己集積化が容易であり、該単結晶は安定であり、しかも縦横比が等しい等の点で有利である。更に、隣接する一次元鎖では互いに前記複核金属錯体と前記連結分子（導電性ワイヤー）とが交互に配置され積層順序が逆になるため、アドレスラインに印加すべき電位の正負も逆になる。このため、該金属錯体集積構造物は、微細な回路において懸念される、入力信号が隣接するラインに漏れて誤作動を生ずることがなく、演算装置、ディスプレイ、メモリ等として特に好適に応用可能である。
【００８４】
本発明の金属錯体集積構造物は、以下に述べるように、ナノスケールの分子素子、マトリクス回路、分子機能デバイス、論理回路等として好適に応用可能である。
【００８５】
＜分子素子＞
本発明の金属錯体集積構造物は、上述のような構造及び機能を有するため、分子素子に応用可能である。本発明の金属錯体集積構造物を該分子素子に応用した場合、該分子素子においては、前記金属錯体鎖及び前記連結分子（導電性ワイヤー）が交差された単結晶乃至薄膜状の構造を有し、該単結晶乃至薄膜の端部まで前記連結分子（導電性ワイヤー）が延設されているため、前記連結分子（導電性ワイヤー）に電圧を印加し、電気信号を伝達させると、該連結分子（導電性ワイヤー）から前記金属錯体鎖へと電荷移動が生ずる。これによって、前記金属錯体鎖に注入させるキャリア濃度を、単結晶乃至薄膜の外部から制御することができ、前記金属錯体鎖の集積方向の電気伝導性を好適に制御することができる。その結果、配線の問題等がなく、分子レベルでの微細なスイッチング素子機能を有する分子素子を設計することができる。
【００８６】
＜マトリクス回路＞
本発明の金属錯体集積構造物は、上述のような構造及び機能を有するため、マトリクス回路に応用可能である。本発明の金属錯体集積構造物を該マトリクス回路に応用した場合、隣接する前記金属錯体鎖間に、前記連結分子（導電性ワイヤー）を少なくとも３つの水素結合により連結させて導電性パスを設けると、三次元的ネットワーク構造を有するマトリクス回路とすることができる。
【００８７】
図４は、前記マトリクス回路において、前記金属錯体鎖が前記スピンラダー系梯子型構造の金属錯体鎖である場合の一例を示す概略説明図である。図４に示すように、マトリクス回路（金属錯体集積構造物）１０において、スピンラダー系梯子型構造の金属錯体鎖１は、金属錯体鎖１の間に水素結合により、アクセプター性の連結分子（導電性ワイヤー）２が連結して金属錯体鎖１に交差している。その結果、図４に示すように、マトリクス回路１０は、三次元的ネットワーク構造を有している。また、マトリクス回路１０における該三次元的ネットワーク構造は、金属錯体鎖１及び連結分子（導電性ワイヤー）２の自己配列乃至自己集積化によって形成された単結晶乃至薄膜であり、連結分子（導電性ワイヤー）２及び金属錯体鎖１は、該単結晶乃至薄膜の末端部まで延設された構造となっている。
【００８８】
したがって、金属錯体鎖１の各複核金属錯体の分子を分子素子とし、前記アクセプター性の連結分子（導電性ワイヤー）２及び金属錯体鎖１を、例えば、図６に示すように、それぞれＸ方向、Ｙ方向のアドレスラインとして、これらに、Ｘ軸、Ｙ軸の電極端子を接続し各分子素子に入出力信号を伝達する機能を担わせることにより、Ｘ軸、Ｙ軸の電場入力によって交差点における分子素子を個別にＯＮ／ＯＦＦ切替することが可能となる。なお、図６における積層構造のうち、最下層は、基板電極を意味し、その上の層は、マトリクス層を意味し、その上の層は発光分子層を意味し、最上層は、透明電極を意味する。また、最上層から上方に向かう矢印は、発光を意味し、Ｘ軸及びＹ軸に沿って伸びる直線は、アドレスラインを意味する。
このように、金属錯体鎖１の間に、その集積方向と略直交する方向（鎖間方向）の電気伝導性の相互作用を持たせることにより、分子レベルの微細なマトリクス回路が得られる。
【００８９】
＜分子機能デバイス＞
本発明の金属錯体集積構造物は、上述のような構造及び機能を有するため、分子機能デバイスに応用可能である。該分子機能デバイスとしては、前記金属錯体鎖における前記複核金属錯体の前記中心金属イオン及び前記多座配位子、前記架橋配位子、前記連結分子（導電性ワイヤー）等の少なくともいずれかを含み、かつそれが２種以上からなるものを含む多層薄膜構造を有するものなどが好適に挙げられる。
【００９０】
前記多層薄膜構造を製造する方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、電解合成法又はＬＢ法の操作を繰り返して成膜する方法、などが挙げられる。
該多層薄膜構造を形成すると、互いに機能の異なる２種以上の分子層が計画的に積層された超格子構造の分子機能デバイスが得られる。このような分子機能デバイスは、電子状態の変化乃至それに伴う発光、記憶、構造変化、及び演算の少なくともいずれかの機能を分子単位で制御可能である。
【００９１】
前記分子機能デバイスにおいては、その金属錯体鎖が、該金属錯体鎖と相互作用可能な機能性分子を末端に有してもよい。
この場合、該分子機能デバイスに該機能性分子に基づく新たな機能、例えば発光、記憶、構造変化、演算等の機能を付与することができ、このような機能が付与された分子機能デバイスは、演算装置、ディスプレイ、メモリ等として応用可能である。
【００９２】
前記機能性分子を末端に導入した前記分子機能デバイスの具体例としては、図５に示すように、該金属錯体鎖（図５中、「Ｍ」を包含する楕円が上下方向に伸びる直線で結ばれたもの）が末端にアルキル鎖（アルキル基、図５中「Ｒ」で表されたもの）を有し、該アルキル基に前記機能性分子としてのフラーレン（図５中、サッカーボール構造に示されたもの）を捕捉させてなる態様、などが挙げられる。
また、前記機能性分子を末端に導入した前記分子機能デバイスの具体例としては、図６に示すように、該金属錯体鎖の一端側に発光分子層、透明電極をこの順に積層し、他端側に基板電極を設けることにより、前記金属錯体鎖からの通電によって発光可能なディスプレイが実現される。
なお、このディスプレイにおいては、前記金属錯体鎖に対し個々に導電可能な接続を行うことが不要であり、上下から挟み込む電極基板間に通電を行うのみでディスプレイとして機能するので、微細な加工等は不要である。
更に、前記発光分子層に代えて、光学特性可変層、分子構造可変層、分子認識層、などを設けることができ、各種機能を有する分子機能デバイスを設計することができる。
【００９３】
＜論理回路＞
本発明の金属錯体集積構造物は、前述のような構造及び機能を有するため、論理回路に応用可能である。前記金属錯体集積構造物においては、前記連結分子（導電性ワイヤー）が、該単結晶乃至薄膜の末端部まで延設された構造をとる。該金属錯体集積構造物における前記連結分子（導電性ワイヤー）等における末端入力部を、幾つかの領域に分割して各々に電場の入力を与えることにより、前記金属錯体鎖方向に特定の出力を与えることが可能な分子レベルの微細な論理回路を設計することができる。
【００９４】
図７は、本発明の金属錯体集積構造物を論理回路としてのＡＮＤ回路（図７Ａ）及びＯＲ回路（図７Ｂ）に応用した一例を示す概略説明図である。なお、図７Ａ及び図７Ｂ中、手前側から奥方向に向かう矢印は、入力Ａ及び入力Ｂを意味し、上方に向かう矢印は、出力Ｃを意味し、三層構造における中間層は、鎖間導電層を意味する。
図７Ａに示すように、金属錯体鎖方向に沿って２つの領域に分割し、各々の導電性ワイヤーに対する電場印加を入力（入力Ａ及び入力Ｂ）、金属錯体鎖方向の電流を出力（出力Ｃ）可能に設計した論理回路は、図８Ａに示すように、入力Ａ及び入力Ｂが共に入力された場合にのみ出力Ｃが出力するＡＮＤ回路として機能する。
【００９５】
また、図７Ｂに示すように、金属錯体鎖間に電流を伝える導電層を挿入することで、金属錯体鎖方向に分割された一方を、更に金属錯体鎖間方向に分けて各々に対する電場印加を入力（各々入力Ａ及び入力Ｂ）、金属錯体鎖間導電層の反対側に流れる電流を出力（出力Ｃ）可能に設計した論理回路は、図８Ｂに示すように、入力Ａ又は入力Ｂのいずれかから入力があった場合に出力Ｃが出力するＯＲ回路として機能する。
このように、電流の入力方法を変えることによって、多様な論理回路を設計することができる。
前記論理回路における演算素子の大きさは、電極端子を接続する精度によって決まり、結晶に端子をペースト等で接着した場合は多数の分子が塊として動作し、走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）等で分子ワイヤー１本ごとに信号を与えた場合は、分子単位で駆動するナノスケールのデバイスとなる。
【００９６】
以上のように、前記金属錯体鎖と前記連結分子（導電性ワイヤー）とを互いに相互作用可能に交差させて形成した本発明の金属錯体集積構造物は、分子レベルのスイッチング素子及びその間の配線を同時に実現した、極めて高機能なナノスケールデバイスに応用可能である。これは、前記複核金属錯体（又は前記金属錯体鎖）及び前記連結分子（導電性ワイヤー）の自己配列乃至自己集積化による分子の自発的なパッキングによる作用乃至効果に基づくものであり、これにより、物質的に実現し得る最小スケールの電子回路などが設計可能である。また、本発明の金属錯体集積構造物は、均一な格子構造で得られることから、接続精度の向上に対応して、分子素子の大きさが数分子単位の束になったものから、究極的には単分子サイズまで、何れの段階でも好適に駆動させることができ、目的に応じたスケールのデバイスに応用可能である。
【００９７】
本発明の金属錯体集積構造物においては、特に、前記金属錯体鎖として、前記複核金属錯体の配位座間を芳香族環で連結した本発明の前記複核金属錯体を用いて積層することにより、その層間にドナー乃至アクセプター性の少なくともいずれかを示す前記連結分子（導電性ワイヤー）を挟み込んで電荷移動効率を向上させることができ、従来にない特異な電子状態、機能が期待される。このように、一次元及び二次元の中間の性質を有する梯子型構造の金属錯体鎖を用いることにより、パイエルス転移のような低次元系特有の問題を克服した分子ワイヤーが構築され、分子デバイス実現のための高機能な金属錯体集積構造物が提供される。特に、前記金属錯体鎖が、前記スピンラダー系梯子型構造の金属錯体鎖の場合には、キャリアをドーピングすることにより、高い導電性乃至超伝導の発現が期待される。
【００９８】
本発明の金属錯体集積構造物は、適宜選択した方法により製造することができるが、例えば、前記金属錯体鎖乃至前記複核金属錯体と、前記ドナー性及びアクセプター性の少なくともいずれかを示す前記連結分子（導電性ワイヤー）とを含む溶液を、電解反応（電解合成）及びラングミュア・ブロジェット（Ｌａｎｇｍｕｉｒ  Ｂｌｏｄｇｅｔｔ）法の少なくともいずれかの方法により結晶化乃至成膜化することにより製造することができる。
前記電解反応（電解合成）においては、前記金属錯体鎖乃至前記複核金属錯体、前記連結分子（導電性ワイヤー）等を、アルコール等の溶媒に溶解させ、電気分解により所定の電極上に金属錯体鎖が集積してなる金属錯体集積構造物を析出させることができる。
【００９９】
前記電解反応（電解合成）において、例えば、前記金属錯体鎖として、ニッケルを中心金属イオンとしたハロゲン架橋金属錯体鎖を得る場合、前記中心金属イオンであるニッケルがＩＩ価からＩＩＩ価に酸化されることにより、前記金属錯体鎖が形成される。この金属錯体鎖の形成の際、４，４’−ビピリジル及び二臭化アルキルを反応させると、アクセプター性分子である４，４’−ビピリジルは対カチオンでもあるため、前記金属錯体鎖の形成に合わせて前記導電性ワイヤーを形成する。更に、金属錯体鎖間方向の水素結合により、Ｘ方向−Ｙ方向の前記連結分子（導電性ワイヤー）及び前記導電性パスが同時に形成される。この結合は、比較的緩やかな条件で進行させることができ、電解合成による金属錯体鎖の形成と同時に進行する。この結合により、前記金属錯体鎖を鎖間方向に自発的に自己配列乃至自己集積させることができる。
【０１００】
なお、前記電解反応（電解合成）において用いる電極としては、例えば、白金線、白金板、ＩＴＯを蒸着させたガラス板などが挙げられる。また、前記支持電解質としては、例えば、テトラブチルアンモニウム等が挙げられる。
前記結晶化乃至成膜化においては、前記金属錯体（集積型金属錯体）と、ドナー性分子及びアクセプター性の少なくともいずれかを示す連結分子とが自己集積化される。本発明においては、前記結晶化乃至成膜化を複数回繰り返して行ってもよい。
【０１０１】
また、本発明の金属錯体集積構造物は、前記金属錯体が、その多様な相互作用（化学的結合乃至分子の自己配列乃至自己集積化等）により、自発的に固体中で規則的に配列し集積する性質を利用して製造することもできる。
この場合、前記金属錯体鎖の形成と共に、前記連結分子（導電性ワイヤー）が、その相互作用（各種の結合等）により導電可能に配列し、二次元的又は三次元的ネットワーク構造が一時に形成されるため、単結晶乃至薄膜の構造を有する前記金属錯体集積構造物を効率的に製造可能である。
本発明においては、製造条件、材料の組合せ等を適宜調整することにより、前記金属錯体集積構造物を単結晶乃至薄膜等の形態にすることができる。また、該金属錯体集積構造物を基本ユニットとして集積することにより、微細でばらつきがなく、精密かつ正確な構造の分子素子をボトムアップ的に効率よく形成することができる。
【０１０２】
なお、本発明の金属錯体集積構造物の製造においては、本発明の前記複核金属錯体を用いるのが特に好ましい。即ち、本発明の前記複核金属錯体は、一分子中に２つの中心金属イオン及びそれに配位する２つの平面配位部位を同一平面上に有する平面構造である。したがって、このような平面構造をとる前記複核金属錯体をビルディングブロックとして積層することにより、梯子型構造を有し、前記超伝導転移特性を発現し得る前記強相関電子系金属錯体集積構造物を形成することができる。なお、前記超伝導転移特性を発現させるためには、反強磁性的なスピン配列の制御やそこへのキャリアのドープが必要であるが、錯体や分子性の梯子型化合物においてキャリアドーピングに成功した例は従来より知られていない。
また、本発明の前記金属錯体集積構造物の製造においては、配位子一分子で２個の金属イオンに配位できる複核金属錯体を用いるため、混合比等の合成操作に依存することがない。更に、梯子型構造を容易に形成可能であるため、配位子部分の化学修飾を容易に行うことができ、得られる金属錯体集積構造物に各種の多様な機能を付加することができる。
【実施例】
【０１０３】
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
【０１０４】
（実施例１）
−多座配位子の合成及び複核金属錯体の合成−
下記反応式に示すようにして、ニトロ尿素と、１,２,４,５−テトラ（２−アミノエチルアミド）ベンゼンとを水溶液中で混合し、７０℃にて５時間加熱することにより、ビウレットがマクロサイクルの一部として閉環した下記式（３）で表される多座配位子の白色粉末を合成した。
次に、得られた多座配位子を塩基性下で、アセトニトリルに溶解し、酢酸ニッケルのメタノール溶液と混合し加熱することにより、下記構造式（ＩＩＩ）で表される暗赤色の複核金属錯体（複核ニッケル錯体）を合成した。同様に、塩化パラジウム（ＩＩ）テトラブチルアンモニウムのアセトニトリル溶液と混合し、加熱することにより複核パラジウム錯体を、臭化白金（ＩＩ）テトラブチルアンモニウムのアセトニトリル溶液と混合し、加熱することにより複核白金錯体を、それぞれ合成した。
【０１０５】
【化１６】
2006225302.tif 000013
【０１０６】
得られた複核金属錯体（複核ニッケル錯体）について、単結晶Ｘ線構造解析装置（株式会社リガク製）を用いて測定したところ、分子構造が明らかとなり、上記構造式（ＩＩＩ）で示す構造を有することが確認された。
【０１０７】
（実施例２）
−多座配位子の合成及び複核金属錯体の合成−
下記反応式に示すようにして、ニトロ尿素と、１,２,４,５−テトラ（２−アミノベンズアミド）ベンゼンとをＤＭＦおよび水溶液中で混合し、７０℃にて５時間加熱することにより、ビウレットがマクロサイクルの一部として閉環した下記式（１）で表される多座配位子の白色粉末を合成した。
次に、得られた多座配位子を塩基性下で、アセトニトリルに溶解し、酢酸ニッケルのメタノール溶液を加えることにより、下記構造式（Ｉ）で表される黒色の複核金属錯体（複核ニッケル錯体）を合成した。
【０１０８】
【化１７】
2006225302.tif 000014
【０１０９】
得られた複核ニッケル錯体について、単結晶Ｘ線構造解析装置（株式会社リガク製）を用いて測定したところ分子構造が明らかとなり、上記構造式（Ｉ）で示す構造を有することが確認された。
【０１１０】
（実施例３）
−多座配位子の合成及び複核金属錯体の合成−
下記反応式に示すようにして、構造式（ＩＩＩ）の金属錯体のアセトニトリル溶液を、通気しながら１００℃にて５時間加熱することにより、ビウレットがマクロサイクルの一部として閉環した下記構造式（ＩＶ）で表される黒色の複核金属錯体（複核ニッケル錯体）を合成した。
【０１１１】
【化１８】
2006225302.tif 000015
【０１１２】
得られた複核ニッケル錯体について、単結晶Ｘ線構造解析装置（株式会社リガク製）を用いて測定したところ、分子構造が明らかとなり、上記構造式（ＩＶ）で示す構造を有することが確認された。
【０１１３】
（実施例４）
−多座配位子の合成及び複核金属錯体の合成−
下記反応式に示すようにして、ニトロ尿素と、１，２，４，５−テトラ（２−アミノベンジリデンアミノ）ベンゼンとをＤＭＦ及び水溶液中で混合し、７０℃にて５時間加熱することにより、ビウレットがマクロサイクルの一部として閉環した下記式（２）で表される白色の多座配位子の粉末を合成した。
次に、得られた多座配位子を塩基性下で、アセトニトリルに溶解し、酢酸ニッケルのメタノール溶液を加えることにより、下記構造式（ＩＩ）で表される黒色の複核金属錯体（複核ニッケル錯体）を合成した。
【０１１４】
【化１９】
2006225302.tif 000016
【０１１５】
得られた複核ニッケル錯体について、単結晶Ｘ線構造解析装置（株式会社リガク製）を用いて測定したところ、分子構造が明らかとなり、上記構造式（ＩＩ）で示す構造を有することが確認された。
【０１１６】
（実施例５）
−金属錯体集積構造物の製造−
スピンラダー系の電子状態を実現する反強磁性一次元の金属錯体鎖が２本並んだ梯子型構造の金属錯体鎖（前記スピンラダー系梯子型鎖）を含む金属錯体集積構造物を以下のように構築した。
まず、４，４’−ビピリジルに２−クロロ−４,６−ジアミノトリアジンを反応させて、下記構造式で表わされる連結分子（導電性ワイヤー）を合成した。
【化２０】
2006225302.tif 000017
【０１１７】
次に、実施例１で得られた複核ニッケル（ＩＩ）錯体を、前記連結分子及び臭化テトラブチルアンモニウム（支持電解質）と共に、アルコール及びアセトニトリルに溶解し、電解合成（電解酸化）したところ、下記式に示すように、２つの複核ニッケル錯体３,３が、その間に連結分子２を介してそれぞれ３つの水素結合により両末端が連結され、更に、図４に示すようにニッケル（ＩＩＩ）錯体鎖が、集積されてなる金属錯体集積構造物１０が白金基板上に形成された。
【０１１８】
【化２１】
2006225302.tif 000018
【０１１９】
得られた金属錯体集積構造物は、前記複核金属錯体（前記金属錯体鎖）及び前記連結分子（導電性ワイヤー）が自己配列乃至自己集積化してなる単結晶である。該金属錯体集積構造物においては、アクセプター性の前記連結分子（導電性ワイヤー）及び前記金属錯体鎖の間方向の導電性パスは、前記単結晶の末端部まで延設されていた。そこで、金属錯体鎖の各金属錯体分子を分子素子とし、アクセプター性の前記連結分子（導電性ワイヤー）及び前記金属錯体鎖の間方向に連結した導電性パスを、例えば、図４に示すように、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のアドレスラインとして、Ｘ軸方向及びＹ軸の電極端子を接続し、各分子素子に入出力信号を伝達する機能を担わせたところ、Ｘ軸及び／又はＹ軸の電場入力によってその交差点に位置する前記分子素子を個別にＯＮ／ＯＦＦの切替制御を行うことが可能であった。
【０１２０】
また、実施例５で製造した金属錯体集積構造物の表面に発光分子層を積層し、その表面を透明電極板で被覆することにより、図６で示すように、白金基板上にマトリクス回路からの通電により発光可能であり該発光を制御可能なディスプレイを製造した。このディスプレイにおいては、発光させる一次元の金属錯体カラムは、マトリクス回路によって分子単位で指定可能であるので、上下から挟み込む電極板は通電するのみでよく、微細な加工が不要であった。
【０１２１】
また、実施例５で得られた単結晶状の金属錯体集積構造物において、該単結晶の末端部まで延設された導電性ワイヤーの末端入力部を分割し、各々に電場の入力を与えると、該金属錯体集積構造物を、図７Ａ、図７Ｂ、図８Ａ及び図８Ｂに示すような、ＡＮＤ回路及びＯＲ回路として機能させることができることが確認された。
【０１２２】
（実施例６）
−金属錯体集積構造物の製造−
実施例５において、実施例１の複核ニッケル（ＩＩ）錯体の代わりに実施例２の複核ニッケル錯体を用いた以外は、実施例５と同様にして金属錯体集積構造物を白金基板上に形成した。その結果、図１１に示すようにニッケル（ＩＩＩ）錯体鎖が、集積されてなる金属錯体集積構造物１０が白金基板上に形成された。
【０１２３】
得られた金属錯体集積構造物は、前記複核金属錯体（前記金属錯体鎖）及び前記連結分子（導電性ワイヤー）が自己配列乃至自己集積化してなる単結晶であり、該金属錯体集積構造物においては、アクセプター性の前記連結分子（導電性ワイヤー）２及び金属錯体鎖１の間方向の導電性パスは、前記単結晶の末端部まで延設されていた。そこで、金属錯体鎖の各金属錯体分子を分子素子とし、アクセプター性の前記連結分子（導電性ワイヤー）及び前記金属錯体鎖１の間方向に連結した導電性パスを、例えば、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のアドレスラインとして、Ｘ軸方向及びＹ軸の電極端子を接続し、各分子素子に入出力信号を伝達する機能を担わせたところ、Ｘ軸及び／又はＹ軸の電場入力によってその交差点に位置する前記分子素子を個別にＯＮ／ＯＦＦの切替制御を行うことが可能であった。
【０１２４】
また、実施例６で製造した金属錯体集積構造物の表面に発光分子層を積層し、その表面を透明電極板で被覆することにより、図６で示すように、白金基板上にマトリクス回路からの通電により発光可能であり該発光を制御可能なディスプレイを製造した。このディスプレイにおいては、発光させる一次元の金属錯体カラムは、マトリクス回路によって分子単位で指定可能であるので、上下から挟み込む電極板は通電するのみでよく、微細な加工が不要であった。
【０１２５】
また、実施例６で得られた単結晶状の金属錯体集積構造物において、該単結晶の末端部まで延設された導電性ワイヤーの末端入力部を分割し、各々に電場の入力を与えると、該金属錯体集積構造物を、図７Ａ、図７Ｂ、図８Ａ及び図８Ｂに示すような、ＡＮＤ回路及びＯＲ回路として機能させることができることが確認された。
【０１２６】
（実施例７）
−金属錯体集積構造物の製造−
実施例５において、実施例１の複核ニッケル（ＩＩ）錯体の代わりに実施例３の複核ニッケル錯体を用いた以外は、実施例５と同様にして金属錯体集積構造物を白金基板上に形成した。その結果、図１２に示すようにニッケル（ＩＩＩ）錯体鎖が、集積されてなる金属錯体集積構造物１０が白金基板上に形成された。
【０１２７】
得られた金属錯体集積構造物は、前記複核金属錯体（前記金属錯体鎖）及び前記連結分子（導電性ワイヤー）が自己配列乃至自己集積化してなる単結晶であり、該金属錯体集積構造物においては、アクセプター性の前記連結分子（導電性ワイヤー）２及び金属錯体鎖１の間方向の導電性パスは、前記単結晶の末端部まで延設されていた。そこで、金属錯体鎖１の各複核金属錯体分子を分子素子とし、アクセプター性の前記連結分子（導電性ワイヤー）２及び前記金属錯体鎖１の間方向に連結した導電性パスを、例えば、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のアドレスラインとして、Ｘ軸方向及びＹ軸の電極端子を接続し、各分子素子に入出力信号を伝達する機能を担わせたところ、Ｘ軸及び／又はＹ軸の電場入力によってその交差点に位置する前記分子素子を個別にＯＮ／ＯＦＦの切替制御を行うことが可能であった。
【０１２８】
また、実施例７で製造した金属錯体集積構造物の表面に発光分子層を積層し、その表面を透明電極板で被覆することにより、図６で示すように、白金基板上にマトリクス回路からの通電により発光可能であり該発光を制御可能なディスプレイを製造した。このディスプレイにおいては、発光させる一次元の金属錯体カラムは、マトリクス回路によって分子単位で指定可能であるので、上下から挟み込む電極板は通電するのみでよく、微細な加工が不要であった。
【０１２９】
また、実施例７で得られた単結晶状の金属錯体集積構造物において、該単結晶の末端部まで延設された導電性ワイヤーの末端入力部を分割し、各々に電場の入力を与えると、該金属錯体集積構造物を、図７Ａ、図７Ｂ、図８Ａ及び図８Ｂに示すような、ＡＮＤ回路及びＯＲ回路として機能させることができることが確認された。
【０１３０】
（実施例８）
−金属錯体集積構造物の製造−
実施例５において、実施例１の複核ニッケル（ＩＩ）錯体の代わりに実施例４の複核ニッケル錯体を用いた以外は、実施例５と同様にして金属錯体集積構造物を白金基板上に形成した。その結果、図１３に示すようにニッケル（ＩＩＩ）錯体鎖が、集積されてなる金属錯体集積構造物１０が白金基板上に形成された。
【０１３１】
得られた金属錯体集積構造物は、前記複核金属錯体（前記金属錯体鎖）及び前記連結分子（導電性ワイヤー）が自己配列乃至自己集積化により集積されてなる単結晶であり、該金属錯体集積構造物においては、アクセプター性の前記連結分子（導電性ワイヤー）２及び金属錯体鎖１の間方向の導電性パスは、前記単結晶の末端部まで延設されていた。そこで、金属錯体鎖１の各複核金属錯体を分子素子とし、アクセプター性の前記連結分子（導電性ワイヤー）２及び前記金属錯体鎖１の間方向に連結した導電性パスを、例えば、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のアドレスラインとして、Ｘ軸方向及びＹ軸の電極端子を接続し、各分子素子に入出力信号を伝達する機能を担わせたところ、Ｘ軸及び／又はＹ軸の電場入力によってその交差点に位置する前記分子素子を個別にＯＮ／ＯＦＦの切替制御を行うことが可能であった。
【０１３２】
また、実施例８で製造した金属錯体集積構造物の表面に発光分子層を積層し、その表面を透明電極板で被覆することにより、図６で示すように、白金基板上にマトリクス回路からの通電により発光可能であり該発光を制御可能なディスプレイを製造した。このディスプレイにおいては、発光させる一次元の金属錯体カラムは、マトリクス回路によって分子単位で指定可能であるので、上下から挟み込む電極板は通電するのみでよく、微細な加工が不要であった。
【０１３３】
また、実施例８で得られた単結晶状の金属錯体集積構造物において、該単結晶の末端部まで延設された導電性ワイヤーの末端入力部を分割し、各々に電場の入力を与えると、該金属錯体集積構造物を、図７Ａ、図７Ｂ、図８Ａ及び図８Ｂに示すような、ＡＮＤ回路及びＯＲ回路として機能させることができることが確認された。
【０１３４】
本発明の好ましい態様を付記すると、以下の通りである。
（付記１）  イミノ基、アミド基及びアミノ基から選択される窒素含有基を４つ含み、該４つの窒素含有基における各窒素原子を配位原子として略同一平面上に有する四座の平面配位部位を略同一平面上に２つ有してなり、かつ少なくとも３つの水素結合を形成可能な構造を対向する末端に有することを特徴とする多座配位子。
（付記２）  少なくとも３つの水素結合を形成可能な構造が、四座の平面配位部位における４つの窒素含有基の内の２つにおける各窒素原子と結合し、該四座の平面配位部位が閉環してマクロサイクルを形成した付記１に記載の多座配位子。
（付記３）  少なくとも３つの水素結合を形成可能な構造が、水素受容基２つの間に水素供与基が挟まれた構造である付記１から２のいずれかに記載の多座配位子。
（付記４）  水素受容基がカルボニル基であり、水素供与基がイミノ基である付記３に記載の多座配位子。
（付記５）  少なくとも３つの水素結合を形成可能な構造が、ビウレット構造である付記１から４のいずれかに記載の多座配位子。
（付記６）  四座の平面配位部位を芳香族環を介して同一平面上に２つ有してなる付記１から５のいずれかに記載の多座配位子。
（付記７）  ４つの窒素含有基の内の２つにおける各窒素原子が、芳香族環に結合した付記６に記載の多座配位子。
（付記８）  芳香族環が、ベンゼン環及びピラジン環の少なくともいずれかである付記６から７のいずれかに記載の多座配位子。
（付記９）  下記式（１）〜式（４）の少なくともいずれかで表される付記１から８のいずれかに記載の多座配位子。
【化２２】
2006225302.tif 000019
【化２３】
2006225302.tif 000020
【化２４】
2006225302.tif 000021
【化２５】
2006225302.tif 000022
ただし、前記式（１）〜式（４）において、各Ｒは、同一であってもよいし、異なっていてもよく、水素原子又は置換基を表す。Ｘは、炭素原子及び窒素原子の少なくともいずれか又はそれを含む基を表す。
（付記１０）  式（１）〜式（４）におけるＲが、アルキル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、ヒドロキシル基、チオール基、アミノ基、及びハロゲン原子の少なくともいずれかである付記９に記載の多座配位子。
（付記１１）  付記１から１０のいずれかに記載の多座配位子と、中心金属イオンとを有することを特徴とする複核金属錯体。
（付記１２）  中心金属イオンが、多座配位子における四座の平面配位部位に配位結合した付記１１に記載の複核金属錯体。
（付記１３）  中心金属イオンが、平面四配位構造をとる遷移金属イオンである付記１１から１２のいずれかに記載の複核金属錯体。
（付記１４）  遷移金属イオンが、Ｎｉ（ＩＩ）、Ｎｉ（ＩＩＩ）、Ｃｕ（ＩＩ）、Ｚｎ（ＩＩ）、Ｃｏ（ＩＩ）、Ｃｒ（ＩＩ）、Ｍｎ（ＩＩ）、Ｆｅ（ＩＩ）、Ｐｄ（ＩＩ）、Ｐｔ（ＩＩ）、Ｒｕ（ＩＩ）、Ｒｈ（ＩＩ）、Ａｇ（ＩＩ）及びＡｕ（ＩＩＩ）の少なくともいずれかのイオンである付記１３に記載の複核金属錯体。
（付記１５）  付記１１から１４のいずれかに記載の複核金属錯体と、架橋配位子とを有してなることを特徴とする金属錯体鎖。
（付記１６）  架橋配位子が、ハロゲンイオン、ピラジン化合物、及びビピリジン化合物から選択される付記１５に記載の金属錯体鎖。
（付記１７）  複核金属錯体における中心金属イオンが架橋配位子と結合し、複数の複核金属錯体が架橋配位子を介して互いに連結された付記１５から１６のいずれかに記載の金属錯体鎖。
（付記１８）  略直線状に伸長してなる付記１５から１７のいずれかに記載の金属錯体鎖。
（付記１９）  梯子型構造を有する付記１５から１８のいずれかに記載の金属錯体鎖。
（付記２０）  複核金属錯体における中心金属イオンが不対電子を有し、該不対電子におけるスピンが架橋配位子を介して反平行に配列した付記１５から１９のいずれかに記載の金属錯体鎖。
（付記２１）  付記１５から２０のいずれかに記載の金属錯体鎖と、
前記金属錯体鎖の複核金属錯体における対向する末端に位置する、少なくとも３つの水素結合を形成可能な構造と水素結合を形成可能な連結分子と
を有してなることを特徴とする金属錯体集積構造物。
（付記２２）  金属錯体鎖と連結分子とが交互に位置してなる付記２１に記載の金属錯体集積構造物。
（付記２３）  連結分子が、対向する末端に少なくとも３つの水素結合を形成可能な構造を有する付記２１から２２のいずれかに記載の金属錯体集積構造物。
（付記２４）  連結分子における少なくとも３つの水素結合を形成可能な構造が、複素環構造を形成する窒素原子と、該窒素原子に隣接しかつ該窒素原子に結合する２つの炭素原子に結合した水素含有基とで形成された付記２３に記載の金属錯体集積構造物。
（付記２５）  水素含有基がアミノ基である付記２４に記載の金属錯体集積構造物。
（付記２６）  連結分子が、ドナー性及びアクセプター性の少なくともいずれかを示すπ共役系平面型分子を有する付記２１から２５のいずれかに記載の金属錯体集積構造物。
（付記２７）  ドナー性及びアクセプター性の少なくともいずれかを示すπ共役系平面型分子が、ビピリジン骨格である付記２６に記載の金属錯体集積構造物。
（付記２８）  ビピリジン骨格における２つのピリジン環中の各窒素原子が正電荷を帯びており、各窒素原子が互いに対向して位置する付記２７に記載の金属錯体集積構造物。
（付記２９）  連結分子が下記構造式で表わされる付記２１から２８のいずれかに記載の金属錯体集積構造物。
【化２６】
2006225302.tif 000023
（付記３０）  金属錯体鎖における少なくとも３つの水素結合を形成可能な構造と、連結分子における少なくとも３つの水素結合を形成可能な構造とが互いに水素結合を形成した付記２３から２９のいずれかに記載の金属錯体集積構造物。
（付記３１）  第一の金属錯体鎖における一の複核金属錯体と、該第一の金属錯体鎖に隣接して位置する第二の金属錯体鎖における一の複核金属錯体とが、連結分子によって水素結合を介して連結され、かつ、
第三の金属錯体鎖における一の複核金属錯体と、該第三の金属錯体鎖に隣接して位置する第四の金属錯体鎖における一の複核金属錯体とが、連結分子によって水素結合を介して連結されてなり、
前記第一の金属錯体鎖における一の複核金属錯体と、前記第二の金属錯体鎖における一の複核金属錯体と、これらを連結する一の前記連結分子とを含む一の格子状平面と、
前記第一の金属錯体鎖における他の複核金属錯体と、前記第二の金属錯体鎖における他の複核金属錯体と、これらを連結する他の前記連結分子とを含み、前記一の平面に隣接して位置する２つの他の格子状平面の内の一方との間に、
前記第三の金属錯体鎖における一の複核金属錯体と、前記第四の金属錯体鎖における一の複核金属錯体と、これらを連結する一の前記連結分子とを含む一の平面が位置する付記２１から３０のいずれかに記載の金属錯体集積構造物。
（付記３２）  一の格子状平面と、２つの他の格子状平面の内の他方との間に、
前記第三の金属錯体鎖における一の複核金属錯体に隣接して位置する、他の複核金属錯体と、前記第四の金属錯体鎖における一の複核金属錯体に隣接して位置する、他の複核金属錯体と、これらを連結する他の連結分子とを含む他の平面が位置する付記３１に記載の金属錯体集積構造物。
（付記３３）  一の格子状平面に存在する複核金属錯体上に、一の平面に存在する連結分子が位置し、前記一の格子状平面に存在する連結分子上に、前記一の平面に存在する複核金属錯体が位置する付記３１から３２のいずれかに記載の金属錯体集積構造物。
（付記３４）  一の格子状平面に存在する複核金属錯体上に、一の平面に存在する連結分子における、ドナー性及びアクセプター性の少なくともいずれかを示すπ共役系平面型分子が位置し、前記一の格子状平面に存在する連結分子における、ドナー性及びアクセプター性の少なくともいずれかを示すπ共役系平面型分子上に、前記一の平面に存在する複核金属錯体が位置する付記３１から３３のいずれかに記載の金属錯体集積構造物。
（付記３５）  一の格子状平面に存在する一の複核金属錯体上に、一の平面に存在する連結分子における、ドナー性及びアクセプター性の少なくともいずれかを示すπ共役系平面型分子が、前記一の複核金属錯体における２つの中心金属から略等距離に位置し、
前記一の格子状平面に存在する連結分子における、ドナー性及びアクセプター性の少なくともいずれかを示すπ共役系平面型分子上に、前記一の平面に存在する複核金属錯体における２つの中心金属が略等距離に位置する付記３１から３４のいずれかに記載の金属錯体集積構造物。
（付記３６）  一の格子状平面に存在する複核金属錯体における中心金属と、一の平面に存在する連結分子における、ドナー性及びアクセプター性の少なくともいずれかを示すπ共役系平面型分子が互いに相互作用可能であり、
前記一の平面に存在する複核金属錯体における中心金属と、前記一の格子状平面に存在する連結分子における、ドナー性及びアクセプター性の少なくともいずれかを示すπ共役系平面型分子とが互いに相互作用可能である付記３１から３５のいずれかに記載の金属錯体集積構造物。
（付記３７）  第一の金属錯体鎖及び第二の金属錯体鎖の少なくともいずれかにおける、一の複核金属錯体に存在する２つの中心金属に結合した２つの架橋配位子の間に、
第三の金属錯体鎖及び第四の金属錯体鎖の少なくともいずれかに連結した一の連結分子が、挟まれた状態で位置する付記３１から３６のいずれかに記載の金属錯体集積構造物。
（付記３８）  一の格子状平面に存在する一の複核金属錯体鎖における２つの中心金属を結ぶ直線と、
一の平面に存在する一の複核金属錯体における２つの中心金属を結ぶ直線とが、互いに略直交する付記３１から３７のいずれかに記載の金属錯体集積構造物。
（付記３９）  複核金属錯体における中心金属イオンと、ドナー性及びアクセプター性の少なくともいずれかを示すπ共役系平面型分子におけるπ電子カラムとが、電子的に並行に配置された分離積層構造を有する付記２１から３８のいずれかに記載の金属錯体集積構造物。
（付記４０）  金属錯体鎖における複核金属錯体中の多座配位子が、下記式（１）から式（４）の少なくともいずれかで表され、
【化２７】
2006225302.tif 000024
【化２８】
2006225302.tif 000025
【化２９】
2006225302.tif 000026
【化３０】
2006225302.tif 000027
ただし、前記式（１）〜式（４）において、各Ｒは、同一であってもよいし、異なっていてもよく、水素原子又は置換基を表す。Ｘは、炭素原子及び窒素原子の少なくともいずれか又はそれを含む基を表す。
連結分子が下記構造式で表わされ、
【化３１】
2006225302.tif 000028
前記多座配位子の略中央に位置する芳香環の近くに位置するカルボニル基又は置換基Ｒが、前記連結分子におけるピリジン環における窒素原子と相互作用可能である付記２１から３９のいずれかに記載の金属錯体集積構造物。
（付記４１）  分子素子として用いられる付記２１から４０のいずれかに記載の金属錯体集積構造物。
（付記４２）  隣接する金属錯体鎖間に導電性パスとしての連結分子が形成された三次元ネットワーク構造を有し、マトリクス回路として用いられる付記２１から４０のいずれかに記載の金属錯体集積構造物。
（付記４３）  電子状態の変化乃至それに伴う発光、記憶、構造変化、及び演算の少なくともいずれかの機能を分子単位で制御可能な分子機能デバイスとして用いられる付記２１から４０のいずれかに記載の金属錯体集積構造物。
（付記４４）  分子機能デバイスが、互いに機能の異なる層が積層されてなる付記４３に記載の金属錯体集積構造物。
（付記４５）  ＡＮＤ回路及びＯＲ回路のいずれかの論理回路として用いられる付記２１から４０のいずれかに記載の金属錯体集積構造物。
（付記４６）  金属錯体鎖が、該金属錯体鎖と相互作用可能な機能性分子を末端に有してなる付記２１から４０のいずれかに記載の金属錯体集積構造物。
（付記４７）  金属錯体鎖が末端にアルキル基を有し、該アルキル基にフラーレンを捕捉させてなる付記２１から４０のいずれかに記載の金属錯体集積構造物。
【産業上の利用可能性】
【０１３５】
本発明の多座配位子、複核金属錯体、及び金属錯体鎖は、各種分野に使用することができるが、本発明の金属錯体集積構造物に特に好適に用いられる。
本発明の金属錯体集積構造物は、分子レベルで電流のスイッチングが可能であり、超高密度、超高速で作動可能なナノスケールのデバイス、例えば、分子素子、マトリクス回路、分子機能デバイス、論理回路等の構築に好適であり、情報通信分野における演算装置、ディスプレイ、メモリ等の各種素子、機器の微細化、及び精密化に応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３６】
【図１】図１Ａは、梯子型構造の金属錯体鎖であって、架橋配位子（Ｘ）を介して集積された複核ニッケル（ＩＩＩ）錯体鎖（なお、図１Ａ中、Ｍはニッケルを意味し、２つのＭを含む平面が複核ニッケル（ＩＩＩ）錯体を意味する）の一例を示す概念図である。図１Ｂは、スピンラダー系梯子型構造の金属錯体鎖を形成するのに用いられる、複核ニッケル（ＩＩＩ）錯体の構造の一例を示す化学構造式の図である。
【図２】図２は、金属錯体集積構造物を二次元的に図示した一例を示す概略説明図である。
【図３】図３は、金属錯体集積構造物を三次元的に図示した一例を示す概略説明図である。
【図４】図４は、マトリクス回路（金属錯体集積構造物）において、スピンラダー系梯子型構造の金属錯体鎖を用いた場合の一例を示す概略説明図である。
【図５】図５は、マトリクス回路（金属錯体集積構造物）において、金属錯体鎖の末端に付加されたアルキル鎖にフラーレン分子を捕捉させた一例を示す概略説明図である。
【図６】図６は、基板上に、多層薄膜を形成した後、その表面に発光分子層を積層し、透明電極板で被覆することにより、基板上にマトリクス回路からの通電によって発光すると共に発光が制御される層が形成されたディスプレイの一例を示す概略説明図である。
【図７】図７Ａは、本発明の金属錯体集積構造物を用いた論理回路（ＡＮＤ回路）の一例を示す概念図であり、図７Ｂは、本発明の金属錯体集積構造物を用いた論理回路（ＯＲ回路）の一例を示す概念図である。
【図８】図８Ａは、入力Ａ及び入力Ｂの双方があった場合にのみ出力ＣがなされるＡＮＤ回路の動作を説明するための概略図である。図８Ｂは、入力Ａ又は入力Ｂの双方があった場合に出力ＣがなされるＯＲ回路の動作を説明するための概略図である。
【図９】図９は、ドナー性及びアクセプター性の少なくともいずれかを示す分子と金属錯体とを交互に連結してなる一次元鎖を該分子と該金属錯体とが隣接するようにして二次元に配列させた層を、前記分子と前記金属錯体とが隣接するようにしてかつ隣接する層中の一次元鎖が互いに直交するようにして積層してなる構造を有する金属錯体集積構造物の一例を示す平面概念図である。
【図１０】図１０は、図９に示す金属錯体集積構造物における一次元鎖どうしの交点で、複核金属錯体にドナー性及びアクセプター性の少なくともいずれかを示す分子が貫入している状態を示す金属錯体集積構造物の一例を示す斜視概念図である。
【図１１】図１１は、マトリクス回路（金属錯体集積構造物）において、スピンラダー系梯子型構造の金属錯体鎖を用いた場合の一例を示す概略説明図である。
【図１２】図１２は、マトリクス回路（金属錯体集積構造物）において、スピンラダー系梯子型構造の金属錯体鎖を用いた場合の一例を示す概略説明図である。
【図１３】図１３は、マトリクス回路（金属錯体集積構造物）において、スピンラダー系梯子型構造の金属錯体鎖を用いた場合の一例を示す概略説明図である。
【符号の説明】
【０１３７】
１      金属錯体鎖
２      導電性ワイヤー（連結分子）
１０      マトリクス回路（金属錯体集積構造物）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006225302.tif 000039
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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