(57)【要約】本発明は、表面または界面でのキラル分子の吸着、吸着されたキラル分子の配置および特性、ならびにそれに基づくデバイスおよび方法に関する。特に、装置は、磁場により吸着されたキラル分子の磁気的環境に影響を及ぼす。キロ磁気効果による吸着されたキラル分子の新たに観察された配列および可能な用途についても開示されている。
2005526607.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キラル分子と、前記キラル分子が吸着される表面または界面とを含む装置またはデバイスであって、前記吸着された分子が、異なる鏡像異性体について異なるやり方で磁気的環境により影響を受ける装置またはデバイス。
【請求項２】
前記吸着された分子の前記磁気的環境を制御して、前記キラル分子の挙動を制御する手段をさらに含む請求項１記載の装置またはデバイス。
【請求項３】
前記吸着された分子の前記磁気的環境を調整して、前記キラル分子の少なくとも１つの特性を調整する手段をさらに含む請求項１記載の装置またはデバイス。
【請求項４】
前記表面または界面に磁場を適用して前記吸着された分子に影響を及ぼす磁石、電磁石またはその他手段を含む先行する請求項のいずれかに記載の装置またはデバイス。
【請求項５】
前記表面または界面が磁化可能な材料により形成されている先行する請求項のいずれかに記載の装置またはデバイス。
【請求項６】
磁場が前記表面または界面を形成する材料の磁化により与えられている先行する請求項のいずれかに記載の装置またはデバイス。
【請求項７】
前記吸着された分子の配向が磁場の適用により制御されている先行する請求項のいずれかに記載の装置またはデバイス。
【請求項８】
前記キラル分子が同じ分子の２つの異なる鏡像異性体を含む先行する請求項のいずれかに記載の装置またはデバイス。
【請求項９】
前記表面または界面を形成する材料が結晶構造を有する先行する請求項のいずれかに記載の装置またはデバイス。
【請求項１０】
２つの異なる鏡像異性体が前記表面の１つまたは複数の鏡面に対して非対称な配向で前記表面に吸着されている請求項９記載の装置またはデバイス。
【請求項１１】
前記キラル分子の１つの鏡像異性体が優先的に吸着されている先行する請求項のいずれかに記載の装置またはデバイス。
【請求項１２】
前記異なる鏡像異性体の優先的吸着が磁気的環境を制御することにより制御されている請求項１１記載の装置またはデバイス。
【請求項１３】
前記表面または界面で吸着されたキラル分子の前記磁気的環境を変えることにより、前記吸着された分子の移動がインサイチュでなされる先行する請求項のいずれかに記載の装置またはデバイス。
【請求項１４】
表面または界面を提供する基材と、前記表面または界面に磁場を提供する手段と、前記表面または界面でキラル分子に吸着を与える手段とを含み、前記吸着された分子が異なる鏡像異性体によって異なるやり方で磁場により影響を受ける装置。
【請求項１５】
前記吸着用分子が液相または気相で提供されている請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
前記吸着用分子が昇華または蒸発により提供されている請求項１５記載の装置。
【請求項１７】
前記基材の磁化が、前記磁場を提供するか、または少なくとも前記磁場に寄与する請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８】
前記基材とは別個に形成された前記磁場を提供する手段が、磁石、電磁石等を含む請求項１４〜１７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
前記基材が、制御された条件が与えられる外囲器に含まれている請求項１４〜１８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
前記基材の位置および／または配向を前記磁場に対して調整する手段をさらに含む請求項１４〜１９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２１】
前記基材を局所的に加熱して、キラル分子の局所的な脱着をもたらす手段をさらに含む請求項１４〜２０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２２】
前記基材を局所的に加熱する手段が、前記基材内または近傍に少なくとも１つの加熱素子を含む請求項２１記載の装置。
【請求項２３】
前記吸着された分子に制御されたパターンを形成させる手段をさらに含む請求項１４〜２２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２４】
前記パターンがナノパターンである請求項２３記載の装置。
【請求項２５】
前記パターンを作成するような磁場を制御する手段を含む請求項２３または２４記載の装置。
【請求項２６】
前記基材に沿って異なる磁場強度を有する磁場を用いて前記吸着されたキラル分子にパターンを作成する請求項２３〜２５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２７】
前記分子のドージング中前記基材に沿ってキラル分子の濃度勾配を与えて、前記吸着されたキラル分子にパターンを作成する請求項２３〜２６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２８】
前記基材が、前記キラル分子を吸着するための段付きおよび／または欠陥のあるおよび／またはキラル表面を提供し、その上に選択された鏡像異性体が優先的に配列または吸着されている請求項１４〜２７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２９】
ラセミ混合物の分離用であり、一方の鏡像異性体が優先的に他方に吸着されている請求項１４〜２８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３０】
前記キラル分子を用いて論理状態をコード化する論理デバイスである請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置またはデバイス。
【請求項３１】
前記キラル分子を用いて、一方の鏡像異性体の存在、他方の鏡像異性体およびいずれも存在しない場合にそれぞれ対応する３つの異なる論理状態をコード化する請求項３０記載の論理デバイス。
【請求項３２】
前記２つの鏡像異性体が、デバイスが読み取り可能であるため、前記表面または界面で異なる配向を採用している請求項３０または３１記載の論理デバイス。
【請求項３３】
適用された磁場を用いてキラル分子の配向を代えて、論理状態を切り替える請求項３０記載の論理デバイス。
【請求項３４】
不均一触媒用である請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置またはデバイス。
【請求項３５】
前記表面または界面にある異なる鏡像異性体の選択的吸着を利用する請求項３４記載の装置またはデバイス。
【請求項３６】
前記キラル分子がコーティングまたはバリアを形成する請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置またはデバイス。
【請求項３７】
選択された鏡像異性体を検出するセンサである請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置またはデバイス。
【請求項３８】
キラル分子の配列の局所磁場を検出する超小型回路に結合された前記配列を含み、前記キラル分子は選択されて、その存在が前記超小型回路により検出される目標の鏡像異性体を受ける請求項３７記載の装置またはデバイス。
【請求項３９】
前記表面または界面が段付きおよび／または欠陥のあるおよび／またはキラルである請求項１〜１３または３０〜３８のいずれか一項に記載の装置またはデバイス。
【請求項４０】
前記表面または界面によって選択された鏡像異性体の優先的な吸着がなされる請求項３９記載の装置またはデバイス。
【請求項４１】
キラル分子の磁気的環境を制御することにより表面または界面に吸着されたキラル分子の少なくとも１つの特性を制御する工程を含む方法。
【請求項４２】
前記キラル分子の磁気的環境の影響が異なる鏡像異性体について異なる請求項４１記載の方法。
【請求項４３】
前記磁気的環境の影響が異なる鏡像異性体について異なる規模である請求項４２記載の方法。
【請求項４４】
前記表面または界面に磁場を提供して、前記キラル分子の関連する特性を制御する工程を含む請求項４１記載の方法。
【請求項４５】
前記表面または界面を形成する基材の磁化が、前記表面又は界面で前記磁場を提供するか、または少なくとも前記磁場に寄与する請求項４３記載の方法。
【請求項４６】
磁石または電磁石を用いる磁場を提供する工程を含む請求項４２または請求項４３記載の方法。
【請求項４７】
前記キラル分子の前記制御された特性がその配向である請求項４１〜４４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４８】
前記磁場の効果が、等しくない角度により前記キラル分子の異なる鏡像異性体形態の配向を変えることである請求項４０〜４２に従属しているとき請求項４５記載の方法。
【請求項４９】
前記キラル分子の一つの鏡像異性体が優先的に吸着されている請求項４１〜４６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５０】
前記キラル分子の前記磁気的環境を制御することにより優先的な吸着を制御する工程を含む請求項４７記載の方法。
【請求項５１】
前記磁気的環境を変えることにより、前記吸着された分子の回転移動がインサイチュでなされる請求項４１〜５０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５２】
表面または界面を提供する工程と、前記表面または界面で磁場を提供する工程と、前記表面または界面で吸着のためにキラル分子を供給する工程とを含む請求項４１〜５０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５３】
前記吸着された分子において制御されたパターンを形成する工程を含む請求項４１〜５２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５４】
前記パターンを作成するような適用された磁場を制御する工程を含む請求項５３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面または界面でのキラル分子の吸着、吸着されたキラル分子の配置および特性、ならびにそれに基づくデバイスおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
キラル分子の技術的および科学的使用は普及している（非特許文献１）。しかしながら、表面での吸着キラル分子の使用については、現在のところ限定されており、異種エナンチオ選択的触媒作用における用途が挙げられ（非特許文献２〜９）、そのプロセスでは、商業的に使用される、例えば、ケトエステルの水素処理における特定の鏡像異性体が製造できる。こうした用途における吸着キラル分子の役割は、キラル表面にキラリティーを与えることである。また、非キラル表面および界面で観察される吸着キラル分子の挙動を説明している基礎的な科学的文献（非特許文献１０−２０）も僅かしかない。キラリティーは、局所キラル吸着（非特許文献１０、１６、１９）からキラルドメインにおける自律形成（非特許文献１０−１２、１４、１５）、局所キラル再構成（非特許文献１０、１８、１９）まで及ぶ数多くの方法で表面に導入できることが記されている。非キラル表面に吸着された非キラル分子は、全体のラセミ系に局所キラリティーを生じ得る（例えば、非特許文献１７、１８、２０）。従って、キラル吸着分子の利用は、表面に完全なキラリティーを作成するのに重要であるが、特定の用途については、局所キラル系で作用すれば事足りる。
【０００３】
本発明者らの知る表面キラリティーが観察される記録された全ての事例において、鏡像異性体およびその対の吸着によって、幾何学的鏡面のいずれかの側にそれぞれ対称的に配列して吸着がなされる（非特許文献１０、１１、１７）。Ｒ，Ｒ−酒石酸およびＳ，Ｓ−酒石酸のＣｕ（１１０）単結晶表面への吸着が一例として挙げられる。非特許文献１１および図１を参照されたい。酒石酸の鏡像異性体の単一層がＣｕ（１１０）に配向されているのが見られる。異なる鏡像異性体の分子が、Ｃｕ基材の幾何学的鏡面に対して対称的に配列されている。
【０００４】
より商業的に価値のあるＮｉ（１１０）表面で実験を繰り返すと、２つのＲ，Ｒ−酒石酸およびＳ，Ｓ酒石酸鏡像異性体の配列および成長方向が、ベア表面がもつ幾何学的鏡面に関係なく、互いに垂直な方向であった、ということを意外にも知見した。実験詳細を以下に述べる。これまでの研究は全て幾何学的に対称な配置を予測したものであったため、この観察については明らかな説明はなかった。この新たに知見された現象は、純粋に幾何学的な根拠について説明できるものではなく、表面の磁化およびスピンが影響し、さらにはキラル分子の吸着に影響される磁気効果に関して理解することができるだけである。磁気効果を含む分子／金属系の詳細な非経験的（ab initio）計算を行ったところ、キラル分子の表面での吸着および結合は、実際、表面の固有の磁化に影響されているということが確認された。特に、分子のキラリティーは、表面スピン状態が吸着および結合プロセスにおいて関与していること、これまで提案も観察もされてこなかった効果を示すものである。キラリティーと固有の磁化の間の関連について、例えば、分子については、金属分子錯体、バルク固体状態化合物とカーボンナノチューブで記載されており（非特許文献２１〜２５）、溶液中でのエナンチオ選択的磁気キラル光化学を説明するのに用いられてきたが、表面での吸着分子については全く観察も提案もされていなかった。この効果はまた、磁場がかけられたときの螺旋のキラリティーおよび単層の記録密度に従って、長いポリマー非結合懸垂鎖を誘導して、異なる配向とするための吸着プロセスの後に、非常に大きな外部磁界が適用される表面で吸着されたポリペプチドのキラル単層について報告された研究（非特許文献２６）とも明らかに異なっている。
【０００５】
新たに観察された現象の様々な用途が考案されている。
【非特許文献１】シンメトリー２０００、パート１、２４〜２７章、１．ハーギッタイおよびＴ．Ｃ．ローレン、ポートランドプレス、ロンドン、２００２年（Ｓｙｍｍｅｔｒｙ  ２０００，  Ｐａｒｔ  １，  Ｃｈａｐｔｅｒｓ  ２４−２７．  Ｅｄ．  １  Ｈａｒｇｉｔｔａｉ  ａｎｄ  Ｔ．  Ｃ．  Ｌａｕｔｒｅｎｔ，  Ｐｏｒｔｌａｎｄ  Ｐｒｅｓｓ，  Ｌｏｎｄｏｎ  ２００２）
【非特許文献２】イズミ（Ｉｚｕｍｉ）Ｙ．Ａｄｖ．Ｃａｔａｌ．１９８３，３２，２１５
【非特許文献３】タイ、Ａ、ハラダ、Ｔ．調整金属触媒（Ｙ．イワサワ編）Ｄ．レイデルパブリッシングカンパニー、１９８６、１６５（Ｔａｉ，Ａ．；Ｈａｒａｄａ，Ｔ．  Ｉｎ  Ｔａｉｌｏｒｅｄ  Ｍｅｔａｌ  Ｃａｔａｌｙｓｔｓ  （ｅｄ．  Ｙ．Ｉｗａｓａｗａ）Ｄ．Ｒｅｉｄｅｌ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ｃｏｍｐａｎｙ，１９８６，２６５）
【非特許文献４】タイ（Ｔａｉ）、Ａ、ハラダ（Ｈａｒａｄａ）、Ｔ、ヒラキ（Ｈｉｒａｋｉ）、Ｙ、ムラカミ（Ｍｕｒａｋａｍｉ）Ｓ．Ｂｕｌｌ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｊｐｎ．１９８３，５６，１４１４
【非特許文献５】バイカーＡ、ブレーザーＨ．Ｕ．不均一触媒ハンドブック（Ｇ．Ｈ．Ｅｒｔｌ、Ｈ．クノエジンガーおよびＪ．ヴェインハイム編）ＶＣＨ、ニューヨーク、１９９７、５，２４２２（Ｂａｉｋｅｒ，Ａ．；Ｂｌａｓｅｒ，Ｈ．Ｕ．  ｉｎ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓ  Ｃａｔａｌｙｓｉｓ，（ｅｄｓ  Ｇ．Ｈ．Ｅｒｔｌ，Ｈ．Ｋｎｏｅｚｉｎｇｅｒ＆Ｊ．Ｗｅｉｎｈｅｉｍ）ＶＣＨ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ  １９９７，５，２４２２）
【非特許文献６】ブレーザー（Ｂｌａｓｅｒ）、Ｈ．Ｕ；四面体（Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ）、非対称（Ａｓｙｍｍｅｔｒｙ）１９９１，２，８４３
【非特許文献７】ベイカー（Ｂａｉｋｅｒ）Ａ．；固体状態および材料科学における現在の見解（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｏｐｉｎｉｏｎ  ｉｎ  Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  ａｎｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｓｃｉｅｎｃｅ）１９９８、３，８６
【非特許文献８】ウェブ（Ｗｅｂｂ）Ｇ．；ウェル（Ｗｅｌｌｓ）Ｐ．Ｂ．Ｃａｔａｌ．Ｔｏｄｙ９９２、１２，３１９
【非特許文献９】キーンＭ．Ａ．；ウェブＧ．Ｊ．Ｃａｔａｌ．１９９２、１３６、１
【非特許文献１０】Ｓ．バーロウ（Ｂａｒｌｏｗ）およびＲ．ラーバル（Ｒａｖａｌ）、表面科学レポート（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  Ｒｅｐｏｒｔｓ）２９８（２００３）
【非特許文献１１】オルテガロレンツォ（Ｏｒｔｅｇａ  Ｌｏｒｅｎｚｏ）、Ｍ．；ブラッドレイ（Ｂａｄｄｅｌｅｙ）、Ｃ．Ｊ．；ミュリン（Ｍｕｒｙｎ）Ｃ．；ラーバル（Ｒａｖａｌ），Ｒ．ネーチャー（Ｎａｔｕｒｅ）２０００，４０４，３７６
【非特許文献１２】オルテガ−ロレンツォ（Ｏｒｔｅｇａ−Ｌｏｒｅｎｚｏ）Ｍ．；ハク（Ｈａｑ）Ｓ．；ベトラム（Ｂｅｒｔｒａｍｓ）Ｔ．；マーレイ（Ｍｕｒｒａｙ）Ｐ．；ラーバル（Ｒａｖａｌ）Ｒ．；ブラッドレイ（Ｂａｄｄｅｌｅｙ）Ｃ．Ｊ．ＪＰｈｙｓ．Ｃｈｅｍ、１９９９，１０３，１０６６１
【非特許文献１３】ウィリアムズ（Ｗｉｌｌｉａｍｓ）Ｊ．；ハク（Ｈａｑ）Ｓ．；ラーバル（Ｒａｖａｌ）Ｒ．Ｓｕ  Ｓｃｉ．１９９６，３６８，３０３
【非特許文献１４】ラーバル（Ｒａｖａｌ）Ｒ．；ブラッドレイ（Ｂａｄｄｅｌｅｙ）Ｃ．Ｊ．；ハク（Ｈａｑ）Ｓ．；ルアフィ（Ｌｏｕａｆｉ）Ｓ．；マーレイ（Ｍｕｒｒａｙ）Ｐ．；ミュリン（Ｍｕｒｙｎ）Ｃ．；オルテガロレンツォ（Ｏｒｔｅｇａ  Ｌｏｒｅｎｚｏ）Ｍ．；ウィリアムズ（Ｗｉｌｌｉａｍｓ）Ｊ．Ｓｔｕｄｉｅｓ、Ｓｕｒｆ  Ｓｃｉ  Ｃａｔａｌ． 1999,122, 11.
【非特許文献１５】ラーバル（Ｒａｖａｌ）Ｒ．ＣＡＴＴＥＣＨ  ２００１，５，１２
【非特許文献１６】エルンスト（Ｅｒｎｓｔ，Ｋ．−Ｈ．；ノイバー（Ｎｅｕｂｅｒ）Ｍ．；グンツェ（Ｇｒｕｎｚｅ）Ｍ．；エレーベック（Ｅｌｌｅｒｂｅｃｋ）Ｕ．Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．２００１，１２３，４９３
【非特許文献１７】デフェイテル（Ｄｅ  Ｆｅｙｔｅｒ）Ｓ．；ゲスクワイエ（Ｇｅｓｑｕｉｅｒｅ）Ａ．；アブデル−モッタレブ（Ａｂｄｅｌ−Ｍｏｔｔａｌｅｂ）、Ｍ．Ｍ．；グリム（Ｇｒｉｍ）Ｐ．Ｃ．Ｍ．；デシュヴェイル（Ｄｅ  Ｓｈｒｙｖｅｒ）Ｆ．Ｃ．；マイナーズ（Ｍｅｉｎｅｒｓ）Ｃ．；シフェ−ル（Ｓｉｅｆｆｅｒｔ）Ｍ．；バリヤヴェエトリ（Ｖａｌｉｙａｖｅｅｔｔｉｌ）Ｓ．；ミューレン（Ｍｕｌｌｅｎ）Ｋ，化学調査書（Ａｃｃｏｕｎｔｓ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ）Ａ  ２０００，３３，５２０
【非特許文献１８】シュナック（Ｓｃｈｕｎａｃｋ）Ｍ．；レーグスガード（Ｌａｅｇｓｇａａｒｄ）Ｅ．；ステンスガード（Ｓｔｅｎｓｇａａｒｄ）Ｉ．；ヨハンセン（Ｊｏｈａｎｎｓｅｎ）Ｉ．；ベセンバッシャー（Ｂｅｓｅｎｂａｃｈｅｒ）Ｆ．エイニュー（Ａｇｎｅｗ）Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．２００１，４０，２６２３
【非特許文献１９】Ｖ．フンボルト（Ｈｕｍｂｌｏｔ）Ｓ．ハク（Ｈａｑ）Ｃ．ミュリン（Ｍｕｒｙｎ）Ｗ．Ａ．ホーファ（Ｈｏｆｅｒ）およびＲ．ラーバル（Ｒａｖａｌ）Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１２４（２００２）５０３
【非特許文献２０】Ａ．クーンレ（Ｋｕｈｎｌｅ）Ｔ．Ｒ．リネロス（Ｌｉｎｅｒｏｔｈ）Ｂ．ハマー（Ｈａｍｍｅｒ）およびＦ．ベセンバッシャー（Ｂｅｓｅｎｂａｃｈｅｒ）ネーチャー（Ｎａｔｕｒｅ，４１５（２００２）８９１
【非特許文献２１】Ｇ．Ｌ．Ｊ．Ａ．リケン（Ｒｉｋｋｅｎ）Ｅ．ラオパッハ（Ｒａｕｐａｃｈ）、ネーチャー（Ｎａｔｕｒｅ）Ｖｏｌ．４０５，Ｎｏ．６７８９（２００２），９３２−９３５
【非特許文献２２】Ｇ．Ｌ．Ｊ．Ａ．リケン（Ｒｉｋｋｅｎ）、Ｅ．ラオパッハ（Ｒａｕｐａｃｈ）、ネーチャー（Ｎａｔｕｒｅ）Ｖｏｌ．３０９（１９９７）４９３−４９４
【非特許文献２３】Ｍ．Ｆ．リン（Ｌｉｎ）、Ｐｈｙｓｉｃａ  Ｂ．，Ｖｏｌ  ２６９，Ｎｏ．１（１９９９），４３−４８
【非特許文献２４】Ｍ．ミンゲ（Ｍｉｎｇｕｅｔ）ドミニクルノー（Ｄｏｍｉｎｉｑｕｅ  Ｌｕｎｅａｕ）Ｅ．ロテル（Ｌｈｏｔｅｌ）Ｖ．ビリャル（Ｖｉｌｌａｒ）Ｃ．ポールセン（Ｐａｕｌｓｅｎ）Ｄ．Ｂ．アマビリーノ（Ａｍａｂｉｌｉｎｏ）およびａｎｄＪ．ベシアーナ（Ｖｅｃｉａｎａ），エイニュー（Ａｇｎｅｗ）Ｃｈｅｍ．ｌｎｔ．Ｅｄ．Ｖｏｌ．４１，  Ｎｏ．４（２００２），５８６−５８９
【非特許文献２５】Ｍ．ミンゲ（Ｍｉｎｇｕｅｔ）Ｄ．Ｂ．アマビリーノ（Ａｍａｂｉｌｉｎｏ）Ｊ．チルジェーダ（Ｃｉｒｕｊｅｄａ）Ｋ．ウォースト（Ｗｕｒｓｔ）Ｉ．マタ（Ｍａｔａ）Ｅ．モリーナ（Ｍｏｌｉｎａ）、Ｊ．Ｊ．ノヴァ（Ｎｏｖａ）およびＪ．ベシアーナ（Ｖｅｃｉａｎａ）Ｃｈｅｍ．Ｅｕｒ．Ｊ．，Ｖｏｌ．６，Ｎｏ．１３（２００２），２３５０−２３６１
【非特許文献２６】Ｊ．カルメリら（Ｃａｒｍｅｌｉ  ｅｔ  ａｌ．），エイニュー（Ａｇｎｅｗ）、Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．，４１（２００２）７６１
【非特許文献２７】Ｒ．Ｆ．サービス（Ｓｅｒｖｉｃｅ），サイエンス（Ｓｃｉｅｎｃｅ），Ｖｏｌ．２９５（２００２），２３９８−２３９９
【非特許文献２８】Ｄ．マラコフ（Ｍａｌａｋｏｆｆ）およびＲ．Ｆ．サービス（Ｓｅｒｖｉｃｅ），サイエンス（Ｓｃｉｅｎｃｅ），Ｖｏｌ．２９４（２００１），２４４２−２４４３
【非特許文献２９】Ｄ．ルイス（Ｒｕｉｚ），Ｚ．サン（Ｓｕｎ），Ｂ．アルベラ（Ａｌｂｅｌａ），Ｋ．フォルティング（Ｆｏｌｔｉｎｇ），Ｊ．リバス（Ｒｉｂａｓ），Ｇ．クリストウ（Ｃｈｒｉｓｔｏｕ）およびＤ．Ｎ．ヘンドリクソン（Ｈｅｎｄｒｉｃｋｓｏｎ），エイニュー（Ａｇｎｅｗ．）Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．，Ｖｏｌ．３７，Ｎｏ．３（１９９８），３００２−３０２[30]1.
【非特許文献３０】Ｉ．ラテラ（Ｒａｔｅｒａ），Ｄ．ルイス−モリーナ（Ｒｕｉｚ−Ｍｏｌｉｎａ），Ｊ．ビダル−ガンセード（Ｖｉｄａｌ−Ｇａｎｃｅｄｏ），Ｋ．ウォースト（Ｗｕｒｓｔ），Ｎ．ダロ（Ｄａｒｏ），Ｊ−Ｆレタード（Ｌｅｔａｒｄ），Ｃ．ロヴィラ（Ｒｏｖｉｒａ）およびＪ．ベシアーナ（Ｖｅｃｉａｎａ），エイニュー（Ａｇｎｅｗ），Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．Ｖｏｌ．４０，Ｎｏ．５（２００１），９１９−９２２
【非特許文献３１】Ｊ．Ｃ．グッドウィン（Ｇｏｏｄｗｉｎ），Ｒ．セソーリ（Ｓｅｓｓｏｌｉ），Ｄ．ガッチュ（Ｇａｔｔａｓｃｈｉ），Ｗ．ヴェルンスドルフ（Ｗｅｒｎｓｄｏｒｆ），Ａ．Ｋ．パウエル（Ｐｏｗｅｌｌ）およびＳ．Ｌ．ヒース（Ｈｅａｔｈ），Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，ダルトントランス（Ｄａｌｔｏｎ  Ｔｒａｎｓ．），（２００２），１９３５−１８４０
【非特許文献３２】Ｄ．ルイス−モリーナ（Ｒｕｉｚ−Ｍｏｌｉｎａ），Ｐ．ジュビエ（Ｇｅｒｂｉｅｒ），Ｅ．ランバージャ（Ｒｕｍｂｅｒｇｅｒ），Ｄ．Ｂ．アマビリーノ（Ａｍａｂｉｌｉｎｏ），Ｉ．Ａ．グゼイ（Ｇｕｚｅｉ），Ｋ．フォルティング（Ｆｏｌｔｉｎｇ），Ｊ．Ｃ．ホフマン（Ｈｕｆｆｍａｎ），Ａ．ラインゴルド（Ｒｈｅｉｎｇｏｌｄ），Ｇ．クリストウ（Ｃｈｒｉｓｔｏｕ），Ｊ．ベシアーナ（Ｖｅｃｉａｎａ）およびＤ．Ｎ．ヘンドリクソン（Ｈｅｎｄｒｉｃｋｓｏｎ），Ｊ．メーター（Ｍａｔｅｒ）Ｃｈｅｍ．，Ｖｏｌ．１２（２００２），１１５２−１１６１
【非特許文献３３】Ａ．カネッシ（Ｃａｎｅｓｃｈｉ），Ｄ．ガッシュ（Ｇａｔｔｅｓｃｈｉ），Ｎ．ラリオティ（Ｌａｌｉｏｔｉ），Ｃ．サングレゴリオ（Ｓａｎｇｒｅｇｏｒｉｏ）およびＲ．セソーリ（Ｓｅｓｓｏｌｉ），Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，ダルトントランス（Ｄａｌｔｏｎ  Ｔｒａｎｓ）（２００２），３９０７−３９１２
【非特許文献３４】Ｄ．ガッシュ（Ｇａｔｔｅｓｃｈｉ），Ｒ．セソーリ（Ｓｅｓｓｏｌｉ）およびＡ．コルニア（Ｃｏｒｎｉａ），Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．，（２００２），７２５−７３２
【非特許文献３５】Ｒ．セソーリ（Ｓｅｓｓｏｌｉ），Ｄ．ガッシュ（Ｇａｔｔｅｓｃｈｉ），Ａ．カネシ（Ｃａｎｅｓｃｈｉ）およびＭ．Ａ．ノバク（Ｎｏｖａｋ），ネーチャー（Ｎａｔｕｒｅ），Ｖｏｌ．３６５（１９９３），１４１−１４３
【非特許文献３６】Ｌ．トーマス（Ｔｈｏｍａｓ），Ｆ．ライオンティ（Ｌｉｏｎｔｉ），Ｒ．バルー（Ｂａｌｌｏｕ），Ｄ．ガッシュ（Ｇａｔｔｅｓｃｈｉ），Ｒ．セソーリ（Ｓｅｓｓｏｌｉ）およびＢ．バーバラ（Ｂａｒｂａｒａ），ネーチャー（Ｎａｔｕｒｅ），Ｖｏｌ．３８３（１９９６），１４５−１４７
【非特許文献３７】Ｄ．Ｍ．アイグラー（Ｅｉｇｌｅｒ）およびＥ．Ｋ．シュバイツァー（Ｓｃｈｗｅｉｚｅｒ），ネーチャー（Ｎａｔｕｒｅ）３４４（１９９０）４２４
【非特許文献３８】Ａ．Ｊ．ゲルマン（Ｇｅｌｌｍａｎ），Ｊ．Ｄ．ホーワース（Ｈｏｒｗａｒｔｈ）およびＭ．Ｔ．ベンロウ（Ｂｅｎｌｏｗ），Ｌ．分子触媒（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｃａｔａｌｙｓｉｓ）Ａ，１６７（２００１）
【非特許文献３９】Ｊ．シェン（Ｓｈｅｎ），Ｊ．キルシュナー（Ｋｉｒｓｃｈｎｅｒ），表面科学（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｓｃｉｅｎｃｅ），校正前の受理論文（Ａｒｔｉｃｌｅ  ｉｎ  Ｐｒｅｓｓ，（２００１）
【発明の開示】
【０００６】
本発明の第１の態様は、キラル分子と、キラル分子が吸着される表面または界面とを含む装置またはデバイスであって、分子の吸着が、異なる鏡像異性体について異なるやり方で磁気的環境により影響を受ける装置またはデバイスである。
【０００７】
本発明は、例えば、製造および調査用装置、または論理デバイスおよびエナンチオ選択的フィルタのようなデバイスで実現される。
【０００８】
本発明は、製造中に分子が表面に吸着され、操作中に分子が表面で吸着される装置／デバイスの両方を含む。
【０００９】
表面という用語には、ここでは、ナノ粒子の拡大面、フィルムまたは表面が含まれる。当該好適な吸着は、２つの別個の構成要素間の界面でなされる。吸着表面材料としては、金属、半導体、酸化物、有機導電性フィルム、合金および複合体が挙げられるがこれらに限られるものではない。吸着表面材料は、非ジ磁性材料、鉄、コバルトおよび白金からなる群より選択される１種類以上を含んでいてもよい。
【００１０】
これらの用途に用いることのできる分子としては、これらに限られるものではないが、全てのキラル有機分子、糖、ヌクレオチド、ポリヌクレオチド、アミノ酸、ペプチド、ポリペプチド、タンパク質、無機分子および錯体をはじめとするキラル分子の全ての形態が挙げられるがこれらに限られるものではなく、従って、元々キラルなのではなく表面に吸着されることによってキラルになる任意の分子である。本明細書で用いる「キラル」という文言は、吸着によりキラリティーを示す分子、および元々キラルの分子を含むと考えるものとする。対になっていない電子（例えば、カルボキシレート、ニトロシル、ニトロキシド）、ラジカル、高スピン、有機金属および分子磁石との化合物の分子だと、この効果が最大と考えられる。
【００１１】
極小粒子、例えば、ナノ粒子を用いることにより、または異なる寸法の他の基材で成長する金属フィルムのような歪み表面を用いることにより、効果を大きくできるものと予測される。
【００１２】
分子の磁気的環境の影響は、異なる鏡像異性体について大きさが異なる。本発明者らは、磁気の影響が、２つの異なる鏡像異性体について規模の異なる分子の角変位に関係していることを示した。この磁気の影響は、キラル分子の表面への結合に含まれるエネルギー収支に影響する。従って、かかる影響により、本発明を実現するある装置においては、一方の鏡像異性体の吸着が他方の吸着より好ましいということとなる。
【００１３】
キラル分子の吸着は、化学結合、例えば、供給結合のような化学吸着（化学吸収）のため、あるいはファンデルワールス力のような弱い相互作用によるような物理吸着（物理吸収）のためである。
【００１４】
デバイスは、フィルタ、電子／スピントロニックデバイスまたはセンサであってもよい（がこれらに限られるものではない）。
【００１５】
本発明の第２の態様は、表面または界面を提供する基材と、表面または界面に磁場を提供する手段と、表面または界面でキラル分子に吸着を与える手段とを含み、吸着された分子が異なる鏡像異性体によって異なるやり方で磁場により影響を受ける装置である。
【００１６】
本発明の第３の態様は、キラル分子の磁気的環境を制御することにより表面または界面に吸着されたキラル分子の少なくとも１つの特性を制御する工程を含む方法である。
【００１７】
本発明の第４の態様は、キラル分子が表面で吸着され、分子の吸着または脱着が、キラル分子の２つの異なる鏡像異性体について異なるやり方で磁気的環境により影響を受ける分析、分離または製造方法である。
【００１８】
本発明の第５の態様は、キラル分子の吸着を含む表面または界面を提供する本体を磁化する方法である。
【００１９】
本方法には、吸着される鏡像異性体の選択が含まれていてもよい。
【００２０】
本方法は、２つの異なる鏡像体を用いて、それらのうち一方または他方を選択的に吸着または脱着するべく構成することが含まれていてもよい。
【００２１】
キラル分子の吸着の効果によって、表面または界面の材料のスピン状態が変わると考えられる。
【００２２】
公知の技術を適用することによって、キラル分子の吸着位置を選択して、表面または界面を局所的に磁化することができるようになる。従って、本発明のこの態様のさらなる好ましい実施形態においては、磁化の操作が局所的に行われる。かかる局所化は、顕微鏡から分子レベルまでできる。
【００２３】
本発明の第６の態様は、表面または界面を提供する本体と、それに吸着可能なキラル分子と、表面の分子の吸着を制御して表面を磁化する手段とを含む磁化を行うデバイスである。
【００２４】
本デバイスは、キラル分子の吸着を局所化する手段をさらに含むのが好ましい。
【００２５】
本デバイスは、論理デバイスを含んでいてよく、より具体的にはメモリを含んでいてよい。かかるデバイスにおいて、キラル分子を用いて、本体のスピン状態を切り替えてもよい。スピン状態を論理状態として解釈することによって、高密度メモリが製造される。
【００２６】
本発明の第７の態様は、表面または界面と、そこに吸着されたキラル分子を含む論理デバイスである。
【００２７】
かかるデバイスにおいて、表面または界面でのキラル分子の吸着または脱着によって、論理状態の変化として解釈される表面または界面のスピン状態が変化する。
【００２８】
これに加えて、またはこの代わりに、かかるデバイスにおける鏡像異性体の位置または配向は、論理状態に対応し、デバイスは鏡像異性体の位置または配向を切り替える手段をさらに含んでいる。かかる手段は、磁場、電場または電磁場を選択的に適用する手段を含んでいてもよい。
【００２９】
本発明の第８の態様は、界面または表面でのキラル分子の吸着を含む表面または界面での磁化状態をセンシングする方法である。
【００３０】
キラル分子配向は、磁化の指標として検出される。あるいは、吸着に関るエネルギーは、表面または界面の磁化に影響されるため、１つの鏡像異性体の吸着または非吸着、または２つの鏡像異性体の吸着の相対レートを磁化の指標として検出してもよい。
【００３１】
検出された磁化は、たとえ分子レベルでも、極めて局所的である。
【００３２】
本発明の第９の態様は、表面または界面でのキラル分子の選択的吸着または脱着を含むキラル分子のラセミ混合物から鏡像異性体を分離する方法である。
【００３３】
これによって、異なる鏡像異性体の吸着において異なるエネルギー要件となり、一方の鏡像異性体の吸着または脱着が好ましくなったり、吸着または脱着できるのが一方の鏡像異性体のみとなったりする。かかる方法は、温度を制御して、片方または両方の鏡像異性体の吸着レートを調整する工程をさらに含むことができる。選択した鏡像異性体は、例えば、昇温により脱着されることがある。
【００３４】
本発明の第１０の態様は、少なくとも１つの鏡像異性体を吸着可能な表面を含み、表面にある異なる鏡像異性体の吸着レートが異なる、キラル分子の異なる鏡像異性体形態を分離する分離媒体である。
【００３５】
本発明の第１１の態様は、表面または界面でのキラル分子の吸着と、局所磁場を制御することによる吸着の制御を含むナノスパッタリングまたはリソグラフィー方法である。このようにして、制御可能なパターンまたは配列を作成してよい。本方法には、キラル分子の磁気的環境を制御することによりキラル分子の配向を制御することが含まれるのが好ましい。
【００３６】
本発明の第１２の態様は、表面または界面で生じる反応によりキラル分子が形成され、選択した鏡像異性体の形成が、表面の磁気的環境に影響を与えることにより促進される不均一触媒作用の方法である。
【００３７】
本発明の第１３の態様は、キラル分子と、キラル分子が吸着される表面または界面とを含み、表面または界面が鏡面を有するよう整列されていて、吸着されたキラル分子が整列配置され、キラル分子の異なる鏡像異性体の配列が、表面または界面の鏡面に関して非対称であるデバイスである。
【００３８】
表面または界面は最も一般的には結晶である。
【００３９】
２つの鏡像異性体間の対称差により、例えば、鏡面を有する結晶表面に吸着された分子の場合には、２つの鏡像異性体は等しいが、結晶の鏡面周囲に対頂角で配置される。本発明者らは、２つの鏡像異性体が結晶の鏡面周囲に対称に配置されていない結果として、非対称の磁気の影響を証明した。
【００４０】
本発明の前述した態様においては、キラル分子の吸着への磁場の影響が、表面または界面でのスピンにより完全に、または主に生じているが、本デバイスまたは方法は、外部磁場の適用により、または表面または界面を提供する材料のバルク磁化により、または例えば、強磁性材料の磁気ドメインにおける小規模の材料の磁化によりさらに影響を受ける。
【００４１】
さらに、本発明の上述した態様において、キラル分子の２つの異なる鏡像異性体について異なるやり方で、キラル分子の吸着または脱着が磁気的環境により影響を受ける場合には、影響を受けるそのやり方は対称ではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
本発明の特定の実施形態を、例証のためのみとして、添付の図面を参照して説明する。
【００４３】
本発明による実験結果を考える前に、これまでの従来の理解により予測される吸着キラル分子の挙動の一例を示す図１を参照されたい。この図の上部に、単結晶［１１０］銅表面に吸着された酒石酸分子のＲ，ＲおよびＳ，Ｓ鏡像異性体の走査トンネル電子顕微鏡画像がある。図面の下方にある概略図は、酸分子の配向を明らかにするためのものである。結晶銅基材の鏡面１が概略で示されている。２つの鏡像異性体が鏡面周囲に対称に配置されているのが分かる。それらは等しいが、面１に対して対頂角に配置されている。
【００４４】
これは、新たに観察された表面キロ磁気（chiro-magnetic）効果を示す本発明者らの実験とは対照的である。これについて説明していく。
【００４５】
超高真空（ＵＨＶ）チャンバーにおいて実験を行い、ＳＴＭ（走査トンネル顕微鏡）実験をＳＴＭ、ＬＥＥＤ（低エネルギー電子回折）、ＡＥＳ（オージェ電子分光学）および試料クリーニング用設備を備えたオミクロンファクームフィジーク（Ｏｍｉｃｒｏｎ  Ｖａｋｕｕｍｐｈｙｓｉｋ）チャンバーで行った。
【００４６】
ニッケル触媒はサーフィスプレパレーションラボラトリ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ）（オランダ）により、純度９９．９９％（４Ｎ）およびＳＴＭ実験用に０．１０の配置精度で供給された。Ｎｉ（１１０）結晶を、Ａｒ＋イオンスパッタリング、フラッシングおよび９００Ｋでのアニーリングのサイクルで清浄にした。表面清浄度および配列をＡＥＳおよびＬＥＥＤによりモニターした。Ｒ，Ｒ−酒石酸（９９％）およびＳ，Ｓ−酒石酸（９９％）は、シグマ−アルドリッチケミカルズ（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）より入手し、さらに精製することなく用いた。必要な酒石酸試料を、小さな抵抗加熱ガラス管に入れ、仕切り弁により主チャンバーから分離して、ターボ分子ポンピングシステムにより別々にポンピングした。昇華の前に、酒石酸を３３０Ｋで脱気してから、３７０Ｋまで加熱して、昇華させ、ニッケル結晶を露出させた。各鏡像異性体の吸着実験を別個に行い、Ｒ，Ｒ−酒石酸／Ｎｉ（１１０）系とＳ，Ｓ酒石酸／Ｎｉ（１１０）系について別個の実験でデータを得た。昇華中、主チャンバーの底面圧は概して２ｘ１０−９ｍｂａｒであった。Ｎｉ試料を３８０Ｋに保持し、４〜１０分Ｎｉ（１１０）を酒石酸の昇華圧力に晒す、または３００Ｋに保持したＮｉ試料を同じように晒した後、３８０Ｋまで暖めて必要な相を作成する、のいずれかにより必要な吸着相を作成した。必要な吸着相が作成されたら、試料を３００Ｋまで再度冷却し、定電流モードでＳＴＭ画像を得た。
【００４７】
上述した通り、鏡像異性体を観察したところ、結晶表面の幾何学的鏡面に関係ない方向に配向されている。基材の磁化が異なるやり方で分子に影響している印と考えられる。この効果の大きさは、従来の理解に基づいて予測されるものより大きく、鏡像異性体が異なると違う。図２（ａ）および（ｂ）において、結晶ニッケル基材の［１１０］および［００１］鏡面は矢印で示されており、Ｒ，ＲおよびＳ，Ｓ鏡像異性体の配向は、いずれかの鏡面に周囲に対照に配置されていないことが明らかである。これまでに受け入れられていた理解によれば、２つの鏡像異性体は、吸着に際し、等しいが、鏡面に対して対頂角に配置されると考えられていた。これは、例証した実施例には当てはまらない。
【００４８】
この予想外の現象は、例証した実施例におけるニッケル基材の元々の磁化の効果に起因するものである。しかしながら、吸着された分子もまた、外部磁場の適用により影響を受ける。これについて以下にさらに説明する。
【００４９】
吸着表面は結晶であってもよい。しかしながら、ナノ結晶表面はこの効果を示すと考えられる。
【００５０】
本発明者らの現在の理解によれば、分子配向を非対称にするキラル分子の磁気的環境であり、その他のエナンチオ選択的現象については後述する。巨視的効果と微視的効果の両方がこの環境に寄与している。このように、上述した試験では、ニッケル基材のバルクおよび表面磁化−巨視的特性−は、非対称分子配向を与えると考えられる。巨視的規模で、外的に適用された磁場を用いて吸着分子に影響を与えることもできる。しかしながら、微視的規模では、この現象はまた、基材とキラル分子における電子スピンの相互作用にも依存するものと考えられる。
【００５１】
この研究の重要な点としては以下のことが挙げられる。
ａ）キラル分子の吸着が表面の元々の磁化およびスピン状態を感知する、
ｂ）吸着された分子が分子の元々のキラリティーに関連したやり方で表面スピン状態に影響する、
ｃ）これらの効果が室温で存在して持続し、この表面キロ磁気効果により発揮される大きなエネルギー差に関係している、
ｄ）この効果を用いた選択的分離のコストは、現在の産業界において単一の鏡像異性体を製造する現在のキラル技術法よりかなり少ない。従って、この効果によって、キラル分子を多くの技術に用いることができるようになる。
【００５２】
この現象の性質と大きさの両方が、表面で吸着分子を利用する技術においてかなり様々な商業的な影響を受ける。具体的には、
（ｉ）分子エレクトロニクス、
（ｉｉ）データ記憶、
（ｉｉｉ）異種エナンチオ選択的触媒作用、
（ｉｖ）ナノスパッタリングおよびリソグラフィ、
（ｖ）分析計器またはセンサ、
（ｖｉ）分離技術、
（ｖｉｉ）安価な選択的コーティングおよびバリアの作成が挙げられるがこれらに限られるものではない。
【００５３】
効果は、低温ばかりでなく、商業的に価値のある室温でも観察され、要件に応じて広い温度範囲にわたって調整できるため、これらの進歩は全て好ましい。
【００５４】
次に、これらをそれぞれ取り入れると、以下のことが提案される。
【００５５】
（ｉ）分子エレクトロニクスおよび分子コンピューティングにおいては、キロ磁気効果を表面で用いて、キラル分子を制御されたアセンブリ、例えば、分子ワイヤまたはその他設計された表面構成と配置することができる（非特許文献２７、２８）。さらに、分子スイッチ、論理ゲート等を設計して、外的磁場、電気インパルスまたは電磁場の適用により、あるいは吸着により鏡像異性体の位置を変え、特定の表面にキラル分子を再吸着させることができる。単一分子磁石の合成についてはかなり文献が存在しているが（非特許文献２９〜３６）、以前の単一分子の磁気効果が商業的に価値のない極低温（４〜１００Ｋ）に限定されていたのに対し、室温で存在するため、表面で観察される影響は特に重要である。
【００５６】
（ｉｉ）データ記憶（非特許文献３７）においては、キロ磁気効果を用いて、単一分子を利用して表面でスピン状態を切り替えて、先例のない記憶密度を与えることができる。全体として、この効果によって、実質的に、分子を表面に「書き込む」ことが可能となる。
【００５７】
（ｉｉｉ）不均一触媒作用において、この効果を用いて、表面の磁気的環境への影響を通して特定の鏡像異性体の選択的生成を促進することができる。このシステムを用いて、異なる吸着エネルギーによって鏡像異性体を選択的に吸着したり、分子を吸着させて、表面の温度を上げることによって表面から特定の鏡像異性体を選択的に脱着することができる。あるいは、ラセミ実験を実施して、選択したキラル生成物または中間体を選択的に保持したり発生させることができる。かかるプロセスによれば、これらに限られるものではないが、製薬、除草剤、殺虫剤、フレーバーおよび香料をはじめとする様々な製品の生産をかなり安価かつ効率的に行うことができる。
【００５８】
（ｉｖ）ナノパターニングおよびリソグラフィーにおいては、特定の配向で分子を配置する必要がある。キロ磁気効果は、局所的磁場を制御してパターンまたは配列を作成することによって、分子の配向への影響で媒介させることができる。
【００５９】
（ｖ）キラル分子の磁気的環境に対する感受性を利用する効果を用いて分析計器またはセンサを構築することができる。表面にあるドッキング分子の存在により、キラル分子の磁気的環境における変化をモニターして、検出可能な出力信号を与えることができる。
【００６０】
（ｖｉ）この効果を用いて、分析計器をはじめとする商業的な分離技術に用いられるキラル分子を選択的に分離する分離媒体を製造することができる。同様に、各鏡像異性体が特定の磁気面に異なる吸着エネルギーを有するという事実を用いてキラル分離を実施することができる。従って、磁気面を設計することにより選択的分離を実施することができる。
【００６１】
この効果は、バクテリアやウィルスといった、生活資材の選択的な濾過用の特別なフィルタの設計に応用される。この効果を用いて、表面をコートして、有機生物中の有害なバクテリア、ウィルスを吸着したり、表面を生体親和性とすることができる。
【００６２】
本発明は、選択したキラル分子で表面をコーティングする方法を提供するものであり、より安価であることから、このやり方ができるようになることで選択的コーティングおよびバリアが作成される。
【００６３】
これらの態様のいくつかの具体例について以下に詳細に述べる。
【００６４】
図３に、外的磁場を試料に適用するための配置４を有するキロ磁気効果を研究および利用するのに用いる装置２の概略を示す。例証した試料において、この配置は、別の位置で示されるコイルの点線により示されるように可動の一対の磁気コイル６、８を用いるものである。磁場の強度および極性は、磁気コイルの数、電流の大きさ（電源９からの）および方向、ならびに試料に対するコイルの位置を選択することによって操作することができる。これらに限られるものではないが、永久磁石、電磁石、超伝導磁石および高磁場磁石をはじめとする様々な代替技術を用いて磁場を適用できることは当業者には明らかであろう。磁化はパルスまたは連続であってもよい。基材は、磁石の内径に直接、または磁石に対して任意の配向または位置で、コイル中、コイル間に配置することができる。特定の試用／用途のために、外的磁場は、特に試料が磁化される場所に分配してもよい。
【００６５】
基材材料の試料１０を磁場に配置する。例証の構成において、試料の配向は、マニピュレータおよび方位角段１２により調整可能であり、磁場に対して任意に選択した方向に試料を配向させることができる。基材の加熱、冷却および温度測定についても記載してある。
【００６６】
吸着させるためにキラル分子の試料へのドージングを行う。これは様々な方法により行うことができる。例証した実施例においては、キラル分子を気相中で蒸発または昇華して、試料上にドージングする。図３に、ターボ分子ポンピングシステム１６によりポンピングされる昇華ドーザ１４を示す。ドーザからの分子１８のフラックスは、ゲート弁２０を通して試料へ出る。ドーザは多または単一チャネルデバイスであってもよい。
【００６７】
試料を、包絡面２２内に収容する。条件範囲は、超高真空から高圧条件までとしてよい。
【００６８】
使用に際して、選択した鏡像異性体は、例えば、試料１０上にドージングして、好ましい配向において前述したキロ磁性効果に従って表面で配置する。ミラー鏡像異性体をドージングして、同じ適用磁場においても異なる配向に配置する。
【００６９】
図４に、図３に非常に似た構成を示す。同じ構成要素には同じ参照番号を付してある。２つの構成は、図４において、磁場を巻き線２４により、正方ループまたは写真の枠の形状の試料２６に適用している、という点で異なる。
【００７０】
図５に、キラル材料が液相から付着される変形構成を示す。試料は電気化学制御下にあり、電気化学電池に組み込まれて、表面電位を変えると吸着特性を制御することができる。容器３０は、流体に浸漬された試料３２を含んでいる。電源３４は試料に電気的に接続されていて、流体中に浸漬された電極３６から参照信号を受信する。やはり様々な形態を採ってよい磁石３８、４０により磁場が試料に適用される。入口４２および出口４４によって、容器を通して流体フラックスが流れ、キラル分子の濃度が制御される。
【００７１】
図６に示した構成は、図５に示したものと同様であり、同じ構成要素には同じ参照番号を付してある。しかしながら、低温操作ができるよう、容器３０は、入口４８を通して液体窒素の源に接続されたチャンバー４６を含んでおり、試料３２に接続された温度制御器５０により制御される。ここでもキラル材料は入口４２を通して容器に通されて、４４で排出される。ただし、この構成においては、一般的に気体形態にある。
【００７２】
本発明は、分子ワイヤ、分子スイッチ、超小型回路およびナノパターンをはじめとする微視的および分子規模の様々なデバイスの製造に適用可能である。
【００７３】
磁場配向の操作、エナンチオマーの選択および濃度、ドージング中の磁場に対する位置によって、好ましいパターンで分子の組立てを構築してかかるデバイスの基礎を形成することができる。パターニングは、勾配磁場を存在させてエナンチオマーをドージングすることにより行うことができる。得られたパターンは、付着が生じる試料の位置および単一または複数ドージングにおいて選択したエナンチオマーに応じて不規則から高配置まで異なる。パターニングはまた、第１の吸着のために部分的にマスクした表面を作成することによっても行うことができ、表面の一部に好ましい配向で配置されたエナンチオマーが作成される。マスクを部分的または全部除去することによって、磁場の位置および選択したエナンチオマーによって異なる配向で同じまたは異なるエナンチオマーを後に付着させることができる。
【００７４】
吸着したキラル分子にパターンを作成する代替手段を図７に示す。ここで、それぞれ熱／電気絶縁層７４により近傍と分離されている、キラル材料を受ける材料の別個の層７２を含むセグメント表面構造を有する基材７０の最上面にキラル分子を吸着させる。各受容層７２は、夫々の電気加熱素子７６を組み込む。従って、基材の選択したセクションを加熱することができ、熱効果によって、鏡像異性体が選択されたセクションにおいて脱着される。加熱は、受容材料をキュリー点より高く上げるようなものとし、選択されたセクションにおいて適用された磁化を局所的にスクランブリングする。
【００７５】
第２のミラー鏡像異性体をドージングして、使用可能な表面で異なる配向で付着させる。従って、分子の配列を特定のパターニングで構築することができる。特定のセクションを温度操作して、特定の鏡像異性体の付着を防いでもよい。
【００７６】
図８に、図７と似たところのある基材を示す。キラル材料を、選択された面８０、８２等に３次元構造で選択的に付着させることができ、受容層８４は、ここでも絶縁層８６により分離されて、オーミック加熱素子８８により別個に加熱される。
【００７７】
パターニングはまた、予備磁化か、付着中磁化のいずれかを施された試料に、特定の鏡像異性体の濃度勾配を作成することによっても行える。配置パターンは、適用された磁場、鏡像異性体の選択、試料の位置および試料の特定の点での濃度勾配に応じて異なる。
【００７８】
パターニングは、ＳＴＭ操作（非特許文献３７）により行って、分子を正確な表面部位に分配してもよい。この技術は周知である。
【００７９】
さらに、パターニングは、段付き、欠陥のある、またはキラル表面を用いて行ってもよい。表面を切断して、段付き、欠陥のある、またはキラル表面を与えてもよい。かかる段付き表面は、キロ磁気効果のためにエネルギー差を向上し、これは磁場の存在によりさらに向上して、特定の方向に優先的に分子を配列する。
【００８０】
本発明はまた、キラルセンサおよび分析計器にも適用可能である。かかるデバイスは想定されており、分子ワイヤおよびナノパターニングについて述べたのと同様の方法を用いて、特定の配列の異なる鏡像異性体または１つの鏡像異性体で表面を構築する。表面の各領域は超小型回路に接続されていて、局所磁場の変化によって、電子的または磁気的に検知できる。後に目標となる定量のキラル分子を適用すると、化学的または物理的にボンドして、元の吸着した鏡像異性体に構造的または電子的に影響する。かかる変化は、通常非常に小さいが、表面キロ磁気効果により促進されて、目標分子を検知することができる。マイクロセンサが、少量のキラル分子に与えられる。磁場の操作、選択した鏡像異性体、濃度および位置によって、単一の目標分子またはラセミ混合物を検知することができる。あるいは、局所磁場に影響するキラル分子の存在により磁場の差が検知される。
【００８１】
これらのデバイスを構築すると、特定の分子、例えば、プロテオミクスを検出することができる。
【００８２】
上述したデバイスによって、多くの異なる鏡像異性体のパターン化表面を特定の配列で配置させることができる。気相または液相に未知の分子の混合物を導入すると、化学構造によって優先的に吸着がなされる。前述したセンサ技術を用いると、特定の種類の分子が検出されて、分析計器の基礎が形成される。
【００８３】
分離および不均一触媒作用にキロ磁気効果を利用するために、選択した基材の表面を構築する。キラル切断面のキラル分子は、僅かに異なる脱着エネルギーを有していることが知られている（非特許文献３８）。キラル切断面の一例はニッケル［６４３］である。図９に、キラル切断ニッケルのＳおよびＲ形態の原子配列を示す。
【００８４】
この非常に小さなエネルギー差は、キロ磁気効果により増幅されて、適用された磁場が、１つの鏡像異性体に、キラル切断面に対して好ましくない配列を採らせる。この状況によって、ラセミ混合物が分離されて、１つの鏡像異性体が異なる脱着エネルギーにより分離される。
【００８５】
同様に、同じ技術を用いて、磁場を用いてキラル切断面において知られているエネルギー差を促進させて、キラル反応の不均一触媒作用を行うことができる。磁化領域においては、促進されたエネルギー差のために特定の反応が他のものより好ましい。
【００８６】
本発明のコーティングおよびバリアへの適用について述べる。前述した方法によって、表面に鏡像異性体の特定のパターンを付着させることができる。かかるコートされた表面は、元の表面とは異なる様々な特性を有しており、表面に沿って変えることができる。あるいは、前述したように、さらにドッキング分子を鏡像異性体に付着させてもよい。かかる技術によって、生物学、化学または製薬用の極めて特定の表面コーティングを開発することができる。
【００８７】
本発明をメモリおよびプロセッサをはじめとする論理デバイスに適用することは特に重要なことである。
【００８８】
デバイスが想定されるため、鏡像異性体を磁化した表面に付着させる。各単一キラル分子が、１ｎｍの長さで表面に書き込んで、データ記憶密度を１平方センチメートル当たりテラビット程度までとする。磁化および表面のスピンが影響し、さらにはキラル分子の吸着に影響される。従って、第１に、分子のキラリティは、表面スピン／電子状態が吸着プロセスおよび磁場の分子の特定の配向に含まれることを表している。従って、これによってキラル分子が新たな部類のナノ磁気的構造をコード化することができる。第２に、本発明は従来の二値論理システムに利用することができるが、書き込みコードは、標準２値（０，１）から３値（０，１、−１）まで進めることができ、０は吸着なし、１は１つの鏡像異性体の吸着、−１はミラー鏡像異性体の吸着を示す。
【００８９】
吸着は、例えば、気相、または特定の部位に分子を分配する選択した部位（例えば、ＳＴＭ操作により）から不規則に実施することができる。かかる技術は以前から例証されている（非特許文献３９）。本特許に記載されたキロ磁気的効果によれば、各鏡像異性体が、キラリティーを受ける異なる配向を取り入れるこれによって、読み書きができ、０＜−＞１〜１＜−＞１または−１を超えるまで、そしてキラリティは１＜−＞−１まで確実に増大する。
【００９０】
これらの局所磁気構造は、気相または液相吸着により作成して、スピン偏向ＳＴＭまたはＧＭＲヘッド（巨大磁気抵抗）のようなよく知られた標準走査トンネル顕微鏡デバイスを用いてナノスケールで読むことができる。あるいは、ＳＴＭ操作を用いて選択的部位で分子を吸着または脱着することができる。さらに、１〜−１までのスイッチングは、一例としてＳＴＭ技術を用いて局所磁化を変更することにより行うことができる。
【００９１】
数多くの潜在的なデータ記憶デバイスが、例えば、ＳＴＭ支援化学蒸着を用いて以前からナノスケールで構築されてきた。しかしながら、キロ磁気的効果を用いることによって、新規なやり方でデータ記憶および記憶の第２の階層を作成することができる。特に、この技術によって、電子デバイスからキラル電子デバイスまで、スピントロニックデバイスからキラルスピントロニックデバイスへと進歩がなされる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】Ｃｕ（１１０）への単層の酒石酸の吸着により作成される右手および左手表面アセンブリの配列の概略図および走査トンネル電子顕微鏡による画像を表す。
【図２ａ−ｂ】２つの走査トンネル電子顕微鏡画像を表す。
【図２ｃ】結晶ニッケル表面に吸着された右手および左手酒石酸分子をそれぞれ示す２つの低エネルギー回折パターンを表す。
【図３】本発明を実現する装置の概略図である。
【図４】本発明を実現するさらなる装置の概略図である。
【図５】本発明を実現するさらなる装置の概略図である。
【図６】本発明を実現するさらなる装置の概略図である。
【図７】本発明の実施形態に用いる基材の平面図である。
【図８】本発明の実施形態に用いるさらなる基材の斜視図である。
【図９】本発明の特定の実施形態に用いるキラル切断表面の構造を図示する。
【図１】
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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】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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