(57)【要約】  【課題】本発明は、基板上のポテンシャル特異点から反応を開始させた、ボトムアップ式のナノデバイスの製造方法を提供すること、規則性をもって化合物分子を配列させ、この配列パターンを利用して連鎖反応を促進するナノデバイスの製造方法を提供することなどを目的とする。  【解決手段】本発明は、基板にポテンシャル特異点を設けるポテンシャル特異点製造工程と、前記ポテンシャル特異点と相互作用する官能基を有する化合物と、前記ポテンシャル特異点を有する基板とを接触させる接触工程を含む、ナノデバイスの製造方法などにより上記課題を解決するものである。  【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板にポテンシャル特異点を設けるポテンシャル特異点製造工程と、
前記ポテンシャル特異点と相互作用する官能基を有する化合物と、前記ポテンシャル特異点を有する基板とを接触させる接触工程を含む、
ナノデバイスの製造方法。
【請求項２】
前記ポテンシャル特異点製造工程において、
基板上のポテンシャル特異点の位置を制御することにより、ナノデバイスを構成する分子の空間位置を制御する請求項１に記載のナノデバイスの製造方法。
【請求項３】
前記ポテンシャル特異点製造工程において、
前記基板上のポテンシャル特異点の位置を制御することにより、ナノデバイスを構成する分子の空間位置を制御し、さらにナノデバイスを構成する化合物間の反応を制御する請求項１に記載のナノデバイスの製造方法。
【請求項４】
前記接触工程の後に、
前記ポテンシャル特異点を介して基板に結合した化合物同士を結合させる化合物結合工程を含む請求項１に記載のナノデバイスの製造方法。
【請求項５】
前記接触工程の後に、
前記ポテンシャル特異点を介して基板に結合した化合物と、当該化合物と結合し得る他の化合物とを結合させる工程を含む請求項１に記載のナノデバイスの製造方法。
【請求項６】
前記ポテンシャル特異点が、基板上に設けられた凹部である請求項１に記載のナノデバイスの製造方法。
【請求項７】
前記ポテンシャル特異点が、基板上に設けられた凹部であり、その凹部の深さが、１〜５０オングストロームである請求項１に記載のナノデバイスの製造方法。
【請求項８】
前記ポテンシャル特異点が、電子線、集束原子ビーム、集束イオンビーム、ナノリソグラフを用いて形成されたものである請求項１に記載のナノデバイスの製造方法。
【請求項９】
前記ポテンシャル特異点との間に相互作用する官能基を有する化合物が、下記一般式(I)で表されるポルフィリン化合物である請求項１に記載のナノデバイスの製造方法。
【化１】
2005028540.tif 000004
一般式（I）
（式中、Ｍは、２個の水素原子、２価の金属、３価の金属誘導体、又は４価の金属誘導体のいずれかを表し、
Ｒ’は、Ｃ2-12アルケニル基、Ｃ2-12アルケニルオキシ基、Ｃ3-6ジエニル基、Ｃ2-12アルキニル基、Ｃ2-12アルキニルオキシ基、水酸基、Ｃ1-12アルコキシ基、Ｃ1-12アシル基、Ｃ1-30アシルオキシ基、カルボキシル基、Ｃ1-12アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、Ｃ1-12アルキルカルバモイル基、アミノ基、Ｃ1-12アルキルアミノ基、アリールアミノ基、シアノ基、イソシアノ基、Ｃ1-12アシルアミノ基、ニトロソ基、ニトロ基、メルカプト基、Ｃ1-12アルキルチオ基、スルホ基、スルヒノ基、Ｃ1-12アルキルスルホニル基、チオシアナト基、イソチオシアナト基、チオカルボニル基、スルファモイル基、Ｃ1-12アルキルスルファモイル基、ヒドロキシイミノメチル基（−ＣＨ＝ＮＯＨ）、Ｃ1-12アルコキシイミノメチル基、Ｃ1-12アルケニルオキシイミノメチル基、Ｃ1-12アルキニルオキシイミノメチル基、Ｃ1-12アルキルイミノメチル基、Ｃ1-12アルキルスルファモイルイミノメチル基、チオカルボキシル基、ヒドロキシアミノカルボニル基、アルコキシアミノカルボニル基、ハロゲンのいずれかを表し、
Ｘは、Ｃ1-12アルキル基、Ｃ1-12アルコキシ基、トリアルキルシリールオキシ基、フェニルジアルキルシリールオキシ基、アルキルジフェニルシリールオキシ基のいずれかを表し、
Ｙは、水素原子、水酸基、Ｃ1-30アルコキシ基、Ｃ2-30アルケニルオキシ基、Ｃ2-30アルキニルオキシ基、Ｃ1-30アシルオキシ基のいずれかを表し、
Ｒ５〜Ｒ１２は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、アミノ基、水酸基、ニトロ基、シアノ基、置換基を有しても良いＣ１−Ｃ３アルキル基を表わす。）
【請求項１０】
一般式(I)において、Ｘが、ターシャリーブチル基である請求項９に記載のナノデバイスの製造方法。
【請求項１１】
一般式(I)中、Ｍが２個の水素原子であり、Ｒ’が、Ｃ1-12アルキルチオ基、シアノ基、水酸基、カルボキシル基、アミノ基、ホルミル基、カルバモイル基、ニトロ基、ヒドロキシイミノメチル基（−ＣＨ＝ＮＯＨ）、エチニル基、ヒドロキシアミノカルボニル基、又はスルファモイル基のいずれかである請求項９に記載のナノデバイスの製造方法。
【請求項１２】
Ｒ’が、メチルチオ基である請求項９に記載のナノデバイスの製造方法。
【請求項１３】
前記ポテンシャル特異点との間に相互作用する官能基を有する化合物が、５−（４−メチルチオフェニル）−１０，１５，２０−トリス−（３，５−ジ−ターシャリーブチルフェニル）ポルフィリンである請求項９に記載のナノデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基板上にポテンシャル特異点を設け、その特異点を契機として各種分子の空間配置を制御するナノデバイスの製造方法、そのような配列方法を用いて化学反応を制御するナノデバイスの製造方法などに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ナノスケールで機能を有する分子デバイスが盛んに研究されている。このようなナノデバイスは、シリコンデバイスの次世代素子としてのみならず、様々な機能を有するデバイスとして期待されている。ナノレベルで原子・分子を制御し、その物質の特性を活かすナノ材料・加工技術により、新素材の開発やそれまで限界とされていた技術開発が可能となる。ナノスケールで機能を有する分子デバイスは材料・デバイスのみならず、光、IT・エレクトロニクス、医療、バイオ、環境・エネルギーなど幅広い分野に応用されることが期待されている。近年、分子デバイス開発を目指した金属表面上でポルフィリン類化合物分子の自己組織化を利用して分子配列を制御する試みが行われている。
【０００３】
例えば、５，１０，１５，２０−テトラキス−（３，５−ジ−ターシャリーブチルフェニル）ポルフィリン（Ｈ２−ＴＢＰＰ）は、金（１１１）表面上に規則正しく集合することが知られている（Barth. J. V. et. al., Phys. Rev. B42, 9307-9318 (1990)：非特許文献１参照）。
【０００４】
このように、テトラキス−（３，５−ジ−ターシャリーブチルフェニル）ポルフィリン誘導体は、分子デバイスのさきがけとして盛んに研究されている（T. Yokoyama, S. Yokoyama, T. Kamikado and S. Mashiko, J. Chem. Phys. 115 (2001) 3814（非特許文献２）, T. A. Jung, R. R. Schlittler and J. K. Gimzewski, Nature 386 (1997) 696（非特許文献３））。
【０００５】
さらに、基板との相互作用の強さを調整するためにポルフィリン誘導体の4つの脚を様々な種類の官能基に変化させることが知られている（T. Kamikado, S. Yokoyama, T. Yokoyama, Y. Okuno and S. Mashiko, Abstrasts of the 5th international conference on nano-molecular electronics (ICNME 2002), 175.（非特許文献４））。
【０００６】
また、ポルフィリン誘導体の4つの脚のうち1つ又は２つに他とは異なる官能基を導入して分子の双極子モーメントを制御し、反応方向を制御する方法が知られている（T.Yokoyama, S.Yokoyama, T.Kamikado, Y.Okuno and S.Mashiko, Selective assembly on a surface of supramolecular aggregates with controlled size and shape, Nature, Vol.413 pp.619-621(2001)(非特許文献５)）。
【０００７】
しかしながら、いずれの技術も基板上のどこの部位から反応が進むかは必ずしも明らかではないという問題点があった。
さらには、上記の技術は、反応により生成する分子デバイスの空間的な配置を制御することが容易ではないという問題点があった。
【非特許文献１】Barth. J. V. et. al., Phys. Rev. B42, 9307-9318 (1990)
【非特許文献２】T. Yokoyama, S. Yokoyama, T. Kamikado and S. Mashiko, J. Chem. Phys. 115 (2001) 3814
【非特許文献３】T. A. Jung, R. R. Schlittler and J. K. Gimzewski, Nature 386 (1997) 696
【非特許文献４】T. Kamikado, S. Yokoyama, T. Yokoyama, Y. Okuno and S. Mashiko, Abstrasts of the 5th international conference on nano-molecular electronics (ICNME 2002), 175.
【非特許文献５】T.Yokoyama, S.Yokoyama, T.Kamikado, Y.Okuno and S.Mashiko, Selective assembly on a surface of supramolecular aggregates with controlled size and shape, Nature, Vol.413 pp.619-621(2001).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、基板上のポテンシャル特異点から反応を開始させた、ボトムアップ式のナノデバイスの製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、規則性をもって化合物分子を配列させ、この配列パターンを利用して連鎖反応を促進するナノデバイスの製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、規則性をもって複数の化合物分子を配列させ、化合物間の距離を制御し、化合物分子間の化学反応を制御するナノデバイスの製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、分子デバイスの空間的な配置を容易に制御できるナノデバイスの製造方法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】
上記の課題を解決するため本発明は、基板にポテンシャル特異点を設けるポテンシャル特異点製造工程と、前記ポテンシャル特異点と相互作用する官能基を有する化合物と、前記ポテンシャル特異点を有する基板とを接触させる接触工程を含む、ナノデバイスの製造方法などに関する。このように、基板上にポテンシャル特異点を設けることで、分子が成長する部位や、位置関係等を制御したボトムアップ式の分子デバイス製造方法を提供できることとなる。
【００１０】
本発明は、より好ましくは、前記ポテンシャル特異点製造工程において、基板上のポテンシャル特異点の位置を制御することにより、ナノデバイスを構成する分子の空間位置を制御する。
【００１１】
本発明は、より好ましくは、前記ポテンシャル特異点製造工程において、前記基板上のポテンシャル特異点の位置を制御することにより、ナノデバイスを構成する分子の空間位置を制御し、さらにナノデバイスを構成する化合物間の反応を制御する。
【００１２】
本発明は、より好ましくは、前記接触工程の後に、前記ポテンシャル特異点を介して基板に結合した化合物同士を結合させる化合物結合工程を含む。
【００１３】
本発明は、より好ましくは、前記接触工程の後に、前記ポテンシャル特異点を介して基板に結合した化合物と、当該化合物と結合し得る他の化合物とを結合させる工程を含む。
【００１４】
本発明は、より好ましくは、前記ポテンシャル特異点が、基板上に設けられた凹部であり、その凹部の深さは、１〜５０オングストロームであり、電子線、集束原子ビーム、集束イオンビーム、ナノリソグラフを用いて形成される。
【００１５】
本発明は、より好ましくは、前記ポテンシャル特異点との間に相互作用する官能基を有する化合物が、下記一般式(I)で表されるポルフィリン化合物である。
【００１６】
【化２】
2005028540.tif 000002
一般式（I）
【００１７】
（式中、Ｍは、２個の水素原子、２価の金属、３価の金属誘導体、又は４価の金属誘導体のいずれかを表し、
Ｒ’は、Ｃ2-12アルケニル基、Ｃ2-12アルケニルオキシ基、Ｃ3-6ジエニル基、Ｃ2-12アルキニル基、Ｃ2-12アルキニルオキシ基、水酸基、Ｃ1-12アルコキシ基、Ｃ1-12アシル基、Ｃ1-30アシルオキシ基、カルボキシル基、Ｃ1-12アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、Ｃ1-12アルキルカルバモイル基、アミノ基、Ｃ1-12アルキルアミノ基、アリールアミノ基、シアノ基、イソシアノ基、Ｃ1-12アシルアミノ基、ニトロソ基、ニトロ基、メルカプト基、Ｃ1-12アルキルチオ基、スルホ基、スルヒノ基、Ｃ1-12アルキルスルホニル基、チオシアナト基、イソチオシアナト基、チオカルボニル基、スルファモイル基、Ｃ1-12アルキルスルファモイル基、ヒドロキシイミノメチル基（−ＣＨ＝ＮＯＨ）、Ｃ1-12アルコキシイミノメチル基、Ｃ1-12アルケニルオキシイミノメチル基、Ｃ1-12アルキニルオキシイミノメチル基、Ｃ1-12アルキルイミノメチル基、Ｃ1-12アルキルスルファモイルイミノメチル基、チオカルボキシル基、ヒドロキシアミノカルボニル基、アルコキシアミノカルボニル基、ハロゲンのいずれかを表し、
Ｘは、Ｃ1-12アルキル基、Ｃ1-12アルコキシ基、トリアルキルシリールオキシ基、フェニルジアルキルシリールオキシ基、アルキルジフェニルシリールオキシ基のいずれかを表し、
Ｙは、水素原子、水酸基、Ｃ1-30アルコキシ基、Ｃ2-30アルケニルオキシ基、Ｃ2-30アルキニルオキシ基、Ｃ1-30アシルオキシ基のいずれかを表し、
Ｒ５〜Ｒ１２は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、アミノ基、水酸基、ニトロ基、シアノ基、置換基を有しても良いＣ１−Ｃ３アルキル基を表わす。）
【００１８】
一般式(I)において、好ましくは、Ｘが、ターシャリーブチル基である。
一般式(I)において、好ましくは、Ｍが２個の水素原子であり、Ｒ’が、Ｃ1-12アルキルチオ基、シアノ基、水酸基、カルボキシル基、アミノ基、ホルミル基、カルバモイル基、ニトロ基、ヒドロキシイミノメチル基（−ＣＨ＝ＮＯＨ）、エチニル基、ヒドロキシアミノカルボニル基、又はスルファモイル基のいずれかである。
一般式(I)において、好ましくは、Ｒ’が、メチルチオ基である。
【００１９】
本発明は、より好ましくは、前記ポテンシャル特異点との間に相互作用する官能基を有する化合物が、５−（４−メチルチオフェニル）−１０，１５，２０−トリス−（３，５−ジ−ターシャリーブチルフェニル）ポルフィリンである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、基板上の特定の点にポテンシャル特異点を設け、そのポテンシャル特異点から反応を開始させることにより、ボトムアップ式のナノデバイスの製造方法を提供できる。
【００２１】
本発明は、基板上の特定の点にポテンシャル特異点を規則的に設け、そのポテンシャル特異点から反応を開始させることにより規則性をもって化合物分子を配列させ、この配列パターンを利用することにより連鎖反応を促進するナノデバイスの製造方法を提供することができる。
【００２２】
本発明は、基板上の特定の点にポテンシャル特異点を規則的に設け、そのポテンシャル特異点から反応を開始させることにより、規則性をもって複数の化合物分子を配列させ、化合物間の距離を制御し、化合物分子間の化学反応を制御するナノデバイスの製造方法を提供することができる。
【００２３】
本発明は、基板上の特定の点にポテンシャル特異点を規則的に設け、そのポテンシャル特異点から反応を開始させることにより、分子デバイスの空間的な配置を容易に制御できるナノデバイスの製造方法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】
【００２４】
以下に本発明の実施の態様を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施態様を示す図である。
図１（ａ）は、基板と化合物とを説明するための模式図である。図１（ａ）に示すように、本発明においてナノデバイスを製造する場合は、基板１を用い、その基板１には周囲とはポテンシャルエネルギーの異なるポテンシャル特異点２が設けられる。また、本発明においてナノデバイスを製造する場合は、化合物３を用い、その化合物３は、その分子中にポテンシャル特異点との間に相互作用する官能基４を有する。
【００２５】
本明細書において、ナノデバイスとは、分子レベルで結合位置などを制御した分子集合体、及びこのような分子集合体と基板とが一体となったデバイスを意味し、好ましくはスイッチ機能や、ＯＮ／ＯＦＦ機能など所定の機能を有するデバイスである。
【００２６】
本明細書において、相互作用とは、例えばファンデアワールス力、水素結合などの分子間力を意味する。
【００２７】
本明細書において、ポテンシャル特異点とは、化学的もしくは物理的要因により周囲部分に比べポテンシャルエネルギーが局所的に大きく変化している部位または点を意味し、例えば、基板上の凹部が挙げられる。このような凹部の深さとしては、好ましくは１〜５０オングストロームであり、より好ましくは、５〜４０オングストロームであり、更に好ましくは１０〜２５オングストロームである。
ポテンシャル特異点は、好ましくは、電子線、集束原子ビーム、集束イオンビーム、ナノリソグラフを用いて形成される。
【００２８】
図１（ｂ）は、ポテンシャル特異点がほぼ直線状に設けられた場合の基板と化合物が相互作用する様子を示す模式図である。上記ポテンシャル特異点を有する基板に、上記の化合物を接触させる。すると、図１（ｂ）に示すように基板上のポテンシャル特異点２と、化合物の官能基４とが相互作用し、基板上に化合物が配置される。図１（ｃ）は、ポテンシャル特異点がほぼ等間隔の点状に設けられた場合の基板と化合物が相互作用する様子を示す模式図である。すなわち、ポテンシャル特異点を設ける間隔を制御することで、分子間の距離及び空間位置を制御することができ、したがって分子内間隔を制御したナノデバイスを製造できる。
【００２９】
本発明の製造方法は、好ましくは超高真空のチャンバー中で行われ、チャンバー内の圧力としては、好ましくは１０−８パスカル以下であり、より好ましくは１０−９パスカル以下であり、更に好ましくは１０−１０パスカル以下である。
化合物は、例えば化学的蒸着法、物理的蒸着法など公知の蒸着法により、基板上に蓄積される。化合物の蓄積方法としては、好ましくは３００〜４００Ｋのクヌーセンセルを用いた蒸着法、又はシリンジ等によるチャンバー内へのミスト導入による分子散布法などである。
【００３０】
図１（ｄ）は、ポテンシャル特異点がほぼ円状に設けられた場合の基板と化合物が相互作用する様子を示す模式図である。この場合は円状のポテンシャル特異点２と、化合物の官能基４とが相互作用し、略円状に化合物が配置される。例えば、ポテンシャル特異点が図１（ｄ）の円上に等間隔に設けられていた場合には、化合物の配置も等間隔となる。このように化合物を円状に配置した場合、自動的に、又は光などの化学的・物理的処理を施すことによって、円状に配置した化合物同士の化学反応を促すことができる。このように基板上に化合物が略円状に配置され、化合物間の反応が進んだものの模式図を図１（ｅ）に示す。
【００３１】
なお、本発明においては、基板に結合した化合物３と、他の化合物５を１又は２以上結合させてもよい。図１（ｆ）は、ポテンシャル特異点に結合した化合物３と他の化合物５が相互作用する様子を示す模式図である。このようにすれば、基板の任意の位置を出発点としたナノデバイスを製造できることとなる。
【００３２】
図１（ｇ）は、ポテンシャル特異点の位置を略三角形の頂点位置に制御した場合における、ポテンシャル特異点に結合した化合物３と他の化合物５が相互作用する様子を示す模式図である。図１（ｇ）に示されるように、ポテンシャル特異点の位置を制御することで、基板上に形成される化合物の重合の空間配置を制御できる。
【００３３】
[基板] 
本発明では、例えば、金属表面上に化合物が蓄積される。基板の形状としては、扁平なものでもよいが、金属の単結晶を用いて、ある特定の指数面を削りだし、適当な熱処理をすることで、規則的な周期をもちかつ平行に並んだステップ（ポテンシャル特異点）をもつものが挙げられる。このような基板は、微傾斜基板と呼ばれる。基板に用いる金属としては、雲母やガラスなどの基板の上に金属が蒸着等により形成されたものであってもよいし、金属そのものを用いてもよいが、好ましくは、雲母やガラスなどの基板を用いたものである。基板として好ましくは、雲母である。雲母の表面粗さとしては、好ましくは５０ｎｍ以下であり、より好ましくは１ｎｍ以下であり、さらに好ましくは０．５ｎｍ以下である。このような表面粗さであれば金属表面を平らにすることができ、化合物が金属表面上に意図せずして生じた凹凸に入りこむ事態を避けることができるためである。ここで表面粗さとは、２乗平均粗さ（Ｒs）を意味する。
【００３４】
[金属]
金属表面を構成する金属としては、金、銅、白金、銀、タングステン、などが挙げられる。これらのうちでも、好ましくは金であり、より好ましくは、金の（１１１）表面である。金（１１１）表面であれば、不活性であり試料分子との化学反応等を防止することができるからである。
さらに、その基板に金属薄膜が形成された場合その表面の粗さとしては、好ましくは５０ｎｍ以下であり、より好ましくは１０ｎｍ以下であり、更に好ましくは５ｎｍであり、さらに好ましくは１ｎｍ以下であり、特に好ましくは０．５ｎｍ以下である。このように基板上に形成された金属薄膜の表面粗さが小さければ、金属膜上に試料膜を形成した際に、化合物が金属膜上の窪みにはまる事態を回避することができる。
【００３５】
ポテンシャル特異点との間に相互作用する官能基を有する化合物としては、下記一般式（I）で表されるポルフィリン化合物が挙げられる。
以下、下記一般式(I)で表される化合物について説明する。
【００３６】
【化３】
2005028540.tif 000003
一般式(I)
（式中、Ｍは、２個の水素原子、２価の金属、３価の金属誘導体、又は４価の金属誘導体のいずれかを表し、
Ｒ’は、Ｃ2-12アルケニル基、Ｃ2-12アルケニルオキシ基、Ｃ3-6ジエニル基、Ｃ2-12アルキニル基、Ｃ2-12アルキニルオキシ基、水酸基、Ｃ1-12アルコキシ基、Ｃ1-12アシル基、Ｃ1-30アシルオキシ基、カルボキシル基、Ｃ1-12アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、Ｃ1-12アルキルカルバモイル基、アミノ基、Ｃ1-12アルキルアミノ基、アリールアミノ基、シアノ基、イソシアノ基、Ｃ1-12アシルアミノ基、ニトロソ基、ニトロ基、メルカプト基、Ｃ1-12アルキルチオ基、スルホ基、スルヒノ基、Ｃ1-12アルキルスルホニル基、チオシアナト基、イソチオシアナト基、チオカルボニル基、スルファモイル基、Ｃ1-12アルキルスルファモイル基、ヒドロキシイミノメチル基（−ＣＨ＝ＮＯＨ）、Ｃ1-12アルコキシイミノメチル基、Ｃ1-12アルケニルオキシイミノメチル基、Ｃ1-12アルキニルオキシイミノメチル基、Ｃ1-12アルキルイミノメチル基、Ｃ1-12アルキルスルファモイルイミノメチル基、チオカルボキシル基、ヒドロキシアミノカルボニル基、アルコキシアミノカルボニル基、ハロゲンのいずれかを表し、
Ｘは、Ｃ1-12アルキル基、Ｃ1-12アルコキシ基、トリアルキルシリールオキシ基、フェニルジアルキルシリールオキシ基、アルキルジフェニルシリールオキシ基のいずれかを表し、
Ｙは、水素原子、水酸基、Ｃ1-30アルコキシ基、Ｃ2-30アルケニルオキシ基、Ｃ2-30アルキニルオキシ基、Ｃ1-30アシルオキシ基のいずれかを表し、
Ｒ１〜Ｒ８は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、アミノ基、水酸基、ニトロ基、シアノ基、置換基を有しても良いＣ１−Ｃ３アルキル基を表す。）
【００３７】
一般式(I)中、Ｍは、２個の水素原子、２価の金属、３価の金属誘導体、又は４価の金属誘導体のいずれかを表し、好ましくは、２個の水素原子、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｐｂ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ａｕ、Ｍｇ、Ｃｄ、ＡｌＣｌ、ＩｎＣｌ、ＦｅＣｌ、ＭｎＣｌ、ＳｉＣｌ2、ＧｅＣｌ2、Ｖｏ、ＴｉＯ、ＳｎＣｌ2、Ｆｅ−Ｐｈ、ＳｎＣ≡Ｃ−Ｐｈ，Ｒｈ−Ｃｌのいずれかであり、更に好ましくは２個の水素原子である。
【００３８】
一般式(I)中、Ｒ１〜Ｒ８は、例えばそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、アミノ基、水酸基、ニトロ基、シアノ基、置換基を有しても良いＣ１−Ｃ３アルキル基であり、より好ましくは水素原子である。
【００３９】
一般式(I)中、Ｒ’は、通常ポテンシャル特異点との間に相互作用する官能基として機能する。Ｒ’は、Ｃ2-12アルケニル基、Ｃ2-12アルケニルオキシ基、Ｃ3-6ジエニル基、Ｃ2-12アルキニル基、Ｃ2-12アルキニルオキシ基、水酸基、Ｃ1-12アルコキシ基、Ｃ1-12アシル基、Ｃ1-30アシルオキシ基、カルボキシル基、Ｃ1-12アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、Ｃ1-12アルキルカルバモイル基、アミノ基、Ｃ1-12アルキルアミノ基、アリールアミノ基、シアノ基、イソシアノ基、Ｃ1-12アシルアミノ基、ニトロソ基、ニトロ基、メルカプト基、Ｃ1-12アルキルチオ基、スルホ基、スルヒノ基、Ｃ1-12アルキルスルホニル基、チオシアナト基、イソチオシアナト基、チオカルボニル基、スルファモイル基、Ｃ1-12アルキルスルファモイル基、ヒドロキシイミノメチル基（−ＣＨ＝ＮＯＨ）、Ｃ1-12アルコキシイミノメチル基、Ｃ1-12アルケニルオキシイミノメチル基、Ｃ1-12アルキニルオキシイミノメチル基、Ｃ1-12アルキルイミノメチル基、Ｃ1-12アルキルスルファモイルイミノメチル基、チオカルボキシル基、ヒドロキシアミノカルボニル基、アルコキシアミノカルボニル基、ハロゲンのいずれかを表す。
【００４０】
以下、一般式(I)中のＲ’として、好ましい例を説明する。
Ｃ2-12アルケニル基としては、ビニル基（CH2=CH-）、1-プロペニル基（CH3CH2=CH-）、アリル基（CH2=CHCH2-）、3-メチル-2-ブテニル基（CH3-C（CH3）=CHCH2-）などが挙げられる。Ｃ2-12アルケニル基としては、Ｃ2-8アルケニル基が好ましく、Ｃ2-6アルケニル基がさらに好ましく、Ｃ2-4アルケニル基が特に好ましい。
Ｃ2-12アルケニルオキシ基としては、2−プロペニルオキシ、2−ブテニルオキシ、3-ブテニルオキシ、4-ペンテニルオキシ、9-デセン-1-イルオキシ、１１−ドデセン−１−イルオキシ、９，１２−テトラデカジェン−１−イルオキシ、９−ヘキサデセン−１−イルオキシ、９，１２−テトラデカジェン−１−イルオキシ、１０，１２−ペンタジェン−１−イルオキシなどが挙げられる。Ｃ2-12アルケニルオキシ基としては、Ｃ2-10アルケニルオキシ基が好ましく、Ｃ2-8アルケニルオキシ基がさらに好ましく、Ｃ2-6アルケニルオキシ基がより好ましく、Ｃ2-4アルケニルオキシ基が特に好ましい。
Ｃ3-6ジエニル基としては、1,3-ブタジエニル基（CH3=CHCH=CH-）などが挙げられる。
【００４１】
Ｃ2-12アルキニル基としては、エチニル基（CH≡C-）、1-プロピニル基、2-プロピニル基、1-ブチニル基、2-ブチニル基、3-ブチニル基、1-プロピニル基、2-プロピニル基、3-プロピニル基、4-プロピニル基、1-メチル-2-プロピニル基などが挙げられる。Ｃ2-12アルキニル基としては、Ｃ2-8アルキニル基が好ましく、Ｃ2-6アルキニル基がさらに好ましく、Ｃ2-4アルキニル基が特に好ましい。
Ｃ2-12アルキニルオキシ基としては、エチニルオキシ基、1-プロピニルオキシ基、2-プロピニルオキシ基、1-ブチニルオキシ基、2-ブチニルオキシ基、3-ブチニルオキシ基、1-プロピニルオキシ基、2-プロピニルオキシ基、3-プロピニルオキシ基、4-プロピニルオキシ基、1-メチル-2-プロピニルオキシ基、５−ヘキシン−１−イルオキシ基、９−デシン−１−イルオキシ基、１１−ドデシン−１−イルオキシ基、１０，１２−ペタコサンジイル−１−イルオキシ基などが挙げられる。
Ｃ1-12アルコキシ基（CnH2n+1O-）としては、メトキシ基、エトキシ基、ｎ−プロピオキシ基、イソプロピオキシ基、ｎ−ブトキシ基、sec−ブトキシ基、iso−ブトキシ基、ter-ブトキシ基、ペンチルオキシ基、アミルオキシ基、オクチルオキシ基、デシルオキシ基、ドデシルオキシ基、ヘキサデシルオキシ基、ドコサン−１−イル基、ペンタコサン−１−イル基、トリアコンタン−１−イル基などが挙げられる。Ｃ1-12アルコキシ基としては、Ｃ1-10アルコキシ基がより好ましく、Ｃ1-８アルコキシ基がさらに好ましく、Ｃ1-6アルコキシ基が特に好ましい。
Ｃ1-12アシル基(RCO-)としては、ホルミル基(CHO-)、アセチル基(CH3CO-)、プロピオニル基(C2H5CO-)、イソブチリル基、バレリル基(C4H9CO-)、ピバロイル基((CH3)3CCO-)、オクタノニル基(CH3(CH2)6CO-)、ラウロイル基(CH3 (CH2)10CO-)などが挙げられる。
【００４２】
Ｃ1-30アシルオキシ基(RCHOO-)としては、ホルミルオキシ基、メトキシカルボニル(アセチルオキシ)基(CH3COO-)、エトキシカルボニル基(C2H5COO-)、プロピオニルオキシ基、ヘキサノイルオキシ基、オクタノイルオキシ基、ラウロイルオキシ基、パルミトイルオキシ基、ステアロイルオキシ基、ペンタコサイノイルオキシ基、トリアコンタノイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基、９−デセノイルオキシ基、９−オクタデセノイルオキシ基、９，１２−オクタデカジェノイルオキシ基、１０，１２−ペンタコサジェノイルオキシ基、プロピオイルオキシ基、９−デシノイルオキシ基、２，４−ペンタデカジイノイルオキシ基、１０，１２−ペンタコサジイノイルオキシ基などが挙げられる。Ｃ1-30アシルオキシ基としては、Ｃ1-10アシルオキシ基が好ましく、Ｃ1-8アシルオキシ基がより好ましく、Ｃ1-6アシルオキシ基がさらに好ましく、Ｃ1-4アシルオキシ基が特に好ましい。
Ｃ1-12アルコキシカルボニル基としては、Ｃ1-6アルコキシカルボニル基(ROCO-)が好ましく、Ｃ1-6アルコキシカルボニル基(ROCO-)としては、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基などが挙げられる。なお、特に断らない限り、本明細書においてＲは、アルキル基を意味する。
【００４３】
Ｃ1-12アルキルカルバモイル基としては、Ｃ1-6アルキルカルバモイル基（R2NCO-）が好ましく、Ｃ1-6アルキルカルバモイル基（R2NCO-）としては、メチルカルバモイル基(CH3NHCO-)、ジメチルカルバモイル基((CH3)2NCO-)、エチルカルバモイル基、ジエチルカルバモイル基、メチルエチルカルバモイル基などが挙げられる。
Ｃ1-12アルキルアミノ基としては、Ｃ1-6アルキルアミノ基が好ましく、Ｃ1-6アルキルアミノ基としては、メチルアミノ基、エチルアミノ基などの二級Ｃ1-6アルキルアミノ基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、メチルエチルアミノ基などの三級Ｃ1-6アルキルアミノ基などが挙げられる。
Ｃ1-12アシルアミノ基としては、Ｃ1-6アシルアミノ基(RCONH-)が好ましく、Ｃ1-6アシルアミノ基(RCONH-)としては、アセチルアミノ基(CH3CONH-)などが挙げられる。
【００４４】
Ｃ1-12アルキルチオ基としては、好ましくはＣ1-6アルキルチオ基であり、Ｃ1-6アルキルチオ基としては、好ましくはメチルチオ基（CH3S-）、エチルチオ基、プロピルチオ基であり、特に好ましくはメチルチオ基である。
Ｃ1-12アルキルスルホニル基としては、Ｃ1-6アルキルスルホニル基が好ましく、Ｃ1-6アルキルスルホニル基としては、メシル基（CH3SO２-）、エチルスルホニル基、プロピルスルホニルなどが挙げられる。
Ｃ1-12アルキルスルファモイル基としては、Ｃ1-6アルキルスルファモイル基が好ましく、Ｃ1-6アルキルスルファモイル基としては、メチルスルファモイル基、エチルスルファモイル基が挙げられる。
Ｃ1-12アルコキシイミノメチル基としては、Ｃ1-６アルコキシイミノメチル基が好ましく、メチトキシイミノメチル基、エトキシイミノメチル基がより好ましい。
Ｃ1-12アルケニルオキシイミノメチル基としては、Ｃ1-6アルケニルオキシイミノメチル基が好ましい。
Ｃ1-12アルキニルオキシイミノメチル基としては、Ｃ1-6アルキニルオキシイミノメチル基が好ましい。
Ｃ1-12アルキルイミノメチル基としては、Ｃ1-6アルキルイミノメチル基が好ましい。
Ｃ1-12アルキルスルファモイルイミノメチル基としては、Ｃ1-6アルキルスルファモイルイミノメチル基が好ましい。
アルコキシアミノカルボニル基としては、Ｃ1-6アルコキシアミノカルボニル基が好ましい。
ハロゲンとしては、フッ素、塩素、臭素、硫黄などが挙げられる。
一般式(I)中、Ｒ’として特に好ましくは、メチルチオ基である。
【００４５】
一般式(I)中、Ｘとしては、Ｃ1-8アルキル基、Ｃ1-8アルコキシ基、トリアルキルシリールオキシ基、フェニルジアルキルシリールオキシ基が挙げられる。Ｃ1-8アルキル基として好ましくは、Ｃ1-6アルキル基である。Ｃ1-8アルコキシ基として好ましくは、Ｃ1-6アルコキシ基である。Ｘとして、最も好ましくは、ターシャリーブチル基である。
【００４６】
一般式(I)中、Ｙは、水素原子、水酸基、Ｃ1-30アルコキシ基、Ｃ2-30アルケニルオキシ基、Ｃ2-30アルキニルオキシ基、Ｃ1-30アシルオキシ基のいずれかを表す。Ｃ1-30アルコキシ基（CnH2n+1O-）としては、メトキシ基、エトキシ基、ｎ−プロピオキシ基、イソプロピオキシ基、ｎ−ブトキシ基、sec−ブトキシ基、iso−ブトキシ基、ter-ブトキシ基、ペンチルオキシ基、アミルオキシ基、オクチルオキシ基、デシルオキシ基、ドデシルオキシ基、ヘキサデシルオキシ基、ドコサン−１−イル基、ペンタコサン−１−イル基、トリアコンタン−１−イル基などが挙げられる。Ｃ1-30アルコキシ基としては、Ｃ1-30アルコキシ基が好ましく、Ｃ1-10アルコキシ基がより好ましく、Ｃ1-８アルコキシ基がさらに好ましく、Ｃ1-6アルコキシ基が特に好ましい。
Ｃ2-30アルケニルオキシ基としては、2−プロペニルオキシ、2−ブテニルオキシ、3-ブテニルオキシ、4-ペンテニルオキシ、9-デセン-1-イルオキシ、１１−ドデセン−１−イルオキシ、９，１２−テトラデカジェン−１−イルオキシ、９−ヘキサデセン−１−イルオキシ、９，１２−テトラデカジェン−１−イルオキシ、１０，１２−ペンタジェン−１−イルオキシなどが挙げられる。Ｃ2-30アルケニルオキシ基としては、Ｃ2-10アルケニルオキシ基が好ましく、Ｃ2-8アルケニルオキシ基がさらに好ましく、Ｃ2-6アルケニルオキシ基がより好ましく、Ｃ2-4アルケニルオキシ基が特に好ましい。
Ｃ2-30アルキニルオキシ基としては、エチニルオキシ基、1-プロピニルオキシ基、2-プロピニルオキシ基、1-ブチニルオキシ基、2-ブチニルオキシ基、3-ブチニルオキシ基、1-プロピニルオキシ基、2-プロピニルオキシ基、3-プロピニルオキシ基、4-プロピニルオキシ基、1-メチル-2-プロピニルオキシ基、５−ヘキシン−１−イルオキシ基、９−デシン−１−イルオキシ基、１１−ドデシン−１−イルオキシ基、１０，１２−ペタコサンジイル−１−イルオキシ基、２，９−トリアコンティン−１−イルオキシ基などが挙げられる。
Ｃ1-30アシルオキシ基(RCHOO-)としては、ホルミルオキシ基、メトキシカルボニル(アセチルオキシ)基(CH3COO-)、エトキシカルボニル基(C2H5COO-)、プロピオニルオキシ基、ヘキサノイルオキシ基、オクタノイルオキシ基、ラウロイルオキシ基、パルミトイルオキシ基、ステアロイルオキシ基、ペンタコサイノイルオキシ基、トリアコンタノイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基、９−デセノイルオキシ基、９−オクタデセノイルオキシ基、９，１２−オクタデカジェノイルオキシ基、１０，１２−ペンタコサジェノイルオキシ基、プロピオイルオキシ基、９−デシノイルオキシ基、２，４−ペンタデカジイノイルオキシ基、１０，１２−ペンタコサジイノイルオキシ基などが挙げられる。Ｃ1-30アシルオキシ基としては、Ｃ1-10アシルオキシ基が好ましく、Ｃ1-8アシルオキシ基がより好ましく、Ｃ1-6アシルオキシ基がさらに好ましく、Ｃ1-4アシルオキシ基が特に好ましい。
【００４７】
一般式(I)中、Ｍが２個の水素原子であり、Ｒ’が、Ｃ1-12アルキルチオ基、シアノ基、水酸基、カルボキシル基、アミノ基、ホルミル基、カルバモイル基、ニトロ基、ヒドロキシイミノメチル基（−ＣＨ＝ＮＯＨ）、エチニル基、ヒドロキシアミノカルボニル基、又はスルファモイル基のいずれかであるものがより好ましく、さらに好ましくはＲ’が、メチルチオ基のものである。
【００４８】
他の化合物は、前記の化合物が有する官能基のうちポテンシャル特異点と相互作用し、基板との結合に使われているもの以外の官能基と相互作用する官能基を有する化合物であり、官能基を介して、基板と相互作用している化合物と相互作用する。このような化合物として、例えば、官能基として二重結合や三重結合を含むものを有するものなどが挙げられる。
【実施例１】
【００４９】
以下、基板上のポテンシャル特異点と相互作用する官能基の典型例としてメチルチオフェニル基、それを取り付ける対象部材としてポルフィリン系分子構造体、ポテンシャル特異点の典型例として金の単結晶面（微傾斜した111面）の上に形成されたテラスエッジラインによる実験例を用いて具体的に示す。
【００５０】
以下の実験例は、１０−８パスカル以下の内部圧力を維持するようにコントロールされた超高真空チャンバー内に設置された温度可変型走査プローブ顕微鏡システムにより行われた。実験は走査型電子トンネル顕微鏡モード（STMモード）および非接触型原子間力顕微鏡モード（NC-AFMモード）によって行われた。原子プローブとして、STMモードにおいては電界研磨した針状のタングステン材を、NC-AFMモードにおいては弾性定数ｋが、約５０Ｎ／ｍであり、共鳴周波数ｆが約３００ｋＨｚであるｎドープ型導電性シリコンカンチレバーをそれぞれ用いた。測定に際しては観測対象の熱振動を抑制し取得データの解像度を向上させる目的で、試料ホルダー、試料、原子プローブ部を、超高真空用に作成された冷却装置によって液体窒素温度にまで冷却した。
【００５１】
この実験例におけるＭＳＴＢＰＰ化合物は、3,5-ジ−ターシャル−ブチルベンズアルデヒドと、４−メチルチオベンズアルデヒドとピロールを２，３−ジクロロ−５，６−ジ−シアノ−１，４−ベンゾキノリン（ＤＤＱ）により酸化させることにより製造した（T.Akiyama et. al., Chem. Let., (1996) 907, F. Li, et. al., Tetrahedron 53 (1997) 12339）。
観測に用いた基板は金の単結晶の（１１１）微傾斜面に対して超高真空環境下で１ｋＶの電圧差によって加速したＡｒイオンを照射しつつラスタスキャンすることで表面の不純物や不着物を取り除き、さらに基板全体を９００Ｋに加熱維持しつつ表面の再構成を促進した。得られた基板の表面状態によってはこのプロセスを繰り返し、最終的には原子レベルで清浄かつフラットなエリアがある一定の規則を持って配列した基板（図２）を得た。図２（ａ）は、その基板のＳＴＭ写真であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）中の明るいライン部の高度を示すグラフである。続いてこの基板上にコリメートされたMSTBPP分子ビーム（ここではクヌーセンセル内で試料を３００〜４００Ｋに加熱することによって分子ビームを生成した）を照射することで目的の分子を基板上に堆積した。その後、さらに基板全体を３００〜４００Ｋにて短時間加熱し、自然冷却した。
【００５２】
堆積過程終了後、超高真空状態を破らずに試料を他の超高真空チャンバーに移動してナノプローブ顕微鏡による観測実験に処した。ＳＴＭモード測定には一般的なトンネル電流値一定条件に基づくフィードバック制御、ＮＣ−ＡＦＭ測定には、周波数シフト−５０Ｈｚ〜２００Ｈｚの周波数調整フィードバックモード（ＦＭ−フィードバックモード）を採用した。測定装置の詳細な動作原理や実験条件については、ＳＴＭモードについてはChunli Baiの文献（Scanning Tunneling Microscopy, Springer 1995）、ＮＣ−ＡＦＭモードについては森田らの文献（Non-contact Atomic Force Microscopy, Springer 2002）に記載されたとおりである。
【００５３】
図３に、少量のＭＳＴＢＰＰ蒸着後の金基板の（１１１）表面のＳＴＭ画像を示す。図３（ａ）から基板上の分子は、基板上に形成されたテラスの端に沿って選択的かつ優先的に配置されることがわかる。また、図３（ａ）から分子に該当する明点の中心位置がテラスのちょうど境界端に配置されていることがわかる。すなわち、この系では、テラスの境界端というポテンシャルが周囲と異なる部位（ポテンシャル特異点）に明点の中心が位置している。図３（ｂ）は、テラスエッジラインが湾曲した場合のＳＴＭ画像である。この場合も分子は常にエッジライン（ポテンシャル特異点）に沿って並ぶことがわかる。すなわち、分子の配向性は、基板の結晶方向に依存せず、基板の幾何学的形状により決まる。このことは図４に示す拡大画像より明らかである。走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）によるＴＢＰＰの初期の研究において、分子が吸収される方法にいくらかの相違があり、それは基板の材料によって変わることが報告された。Ａｕ（１１１）基板上に分散した分子は、境界端に沿ってテラスの内側にとどまっている。これに対してＣｕ（１００）上の分子は、中央のポルフィリン環が境界端を横切った状態で、テラスのまさに境界端上で吸収される［Ch. Loppacher et al, Appl. Phys. A72, (2001) 105］。ＴＢＰＰ分子に関するＣｕ（１００）およびＡｕ（１１１）の実験に相違が生じる原因は、分子と基板との引力相互作用の強度の相違にあると考えられる。一般にＴＢＰＰ分子は、Ａｕ（１１１）よりもＣｕ（１００）上でより強く吸着される。この観点から、図３（ａ）、図３（ｂ）、および図４に示す結果は、ポルフィリン系分子に導入されたメチルチオフェニル基が基板上のポテンシャル特異点との引力的相互作用を強化した結果である。この傾向は、蒸着の総量が増加した場合でさえ失われておらず、Ａｕ（１１１）微傾斜基板とＭＳＴＢＰＰ分子の組み合わせにおいて観測される普遍的な傾向であると解釈される。
【００５４】
図５および図６は、０．２ＭＬ範囲のＡｕ（１１１）基板上のＭＳＴＢＰＰのＮＣ−ＡＦＭ画像を示し、画像内の明点はそれぞれ個々のＭＳＴＢＰＰ分子に該当する。大半の分子は、端線が分子により完全に占有されるまで、図３および図４の場合と同じ方法で各テラスの端に配置される。テラス端に沿って配置されるＭＴＴＢＰＰの形態的特徴を考慮すると、Ｃｕ（１００）とＴＢＰＰ分子を組み合わせた場合と同様に、ＭＳＴＢＰＰ分子とＡｕ（１１１）基板の間には強力な引力的相互作用が存在すると結論づけられる。
【００５５】
個々のＭＳＴＢＰＰ分子に該当する図５の明点はそれぞれ、１個はやや明るく、２個は通常である、３個の点を含む。これは図６に示したＳＴＭ像によりさらに明確に理解される。これらをT. A. Jung, R. R. Schlittler and J. K. Gimzewski, Nature 386 (1997) 696（非特許文献３）において報告されているＴＢＰＰのＳＴＭ画像（４つ葉様構造）と比較すると、ＭＳＴＢＰＰの場合には４つ葉様構造のうちの１枚が欠損している。ＴＢＰＰ分子のＳＴＭ観測において得られる４つ葉様構造はＴＢＰＰ分子が有する４つのジ−ｔ−ブチルフェニル基に該当するものである。主として観察試料の形状的な凹凸を反映するＮＣ−ＡＦＭ像と主として電子トンネル確率の空間分布形状を反映するＳＴＭ像から得られたデータとＭＳＴＢＰＰ分子とＴＢＰＰ分子の構造的な相違を総合的に判断すると、図５，５に示した画像において示されたＭＳＴＢＰＰ分子像における欠損部位はメチルチオフェニル基に該当すると結論づけられる。このメチルチオフェニル基部位は常にテラス端に面しており、図６に示すように端壁に直接触れるような形で配置している。このことはＭＳＴＢＰＰ分子と基板のテラス端との引力がメチルチオフェニル基によって引き起こされたことを示唆している。硫黄を含む一部の置換基が硫黄部位に局在化非共有電子対を持ち、それらは多くの場合、金属基板、特に金基板に強力な引力を示す可能性があることは自己組織化膜（ＳＡＭ膜）の研究において予言されていたが、実際に分子ひとつひとつのレベルでその詳細を確認した例は本研究が世界初である。さらにメチルチオフェニル基がホスト分子に付与した引力的相互作用の要因は分子全体に分散するのではなく、メチルチオフェニル基の硫黄部分にとどまっており、これがＡｕ基板上にポテンシャル特異点として形成されたテラス端との相対位置に規則性をもたせつつＭＳＴＢＰＰ分子をそのテラス端稜線に配置させる基本的なメカニズムを担っている。
【００５６】
同様の現象は、Ａｕ（１１１）面に形成されたテラス上に分散したＭＳＴＢＰＰ分子に対しても観測される。具体的には図７に示したＮＣ−ＡＦＭ画像のとおりである。ＴＢＰＰ分子の場合、通常は、多数の分子が規則正しく配列された二次元アイランド構造がテラス上に見られる［T. Yokoyama, S. Yokoyama, T. Kamikado and S. Mashiko, J. Chem. Phys. 115 (2001) 3814］。しかしＭＳＴＢＰＰ分子の場合には、このような傾向は一切見られない。この事実はＭＳＴＢＰＰのメチルチオフェニル基と基板との間に生じている強力な引力の存在を考慮することによって理解できる。基板上に入射した分子ビーム中の分子はそれらが基板上に着地した直後にはある量の熱運動エネルギーを有している。その後、分子は、しばらくの間は基板上を自由に動き回りつつ熱運動エネルギーを放出し消耗しながらエネルギー的に安定な部位に移動する。分子と基板との引力が同一テラス上にある分子間の引力よりも強くない場合、分子はそれぞれ、ＴＢＰＰの場合と同様に、その運動を停止する直前に近接配置して、上述のようなアイランド構造を形成すると考えられる。しかしＭＳＴＢＰＰ分子の場合には分子と基板との引力が同一テラス上の分子間の引力よりはるかに強いため、テラス表面上に何らかのポテンシャル特異点があるとそれぞれの分子は、その運動エネルギーが十分に消耗されアイランド形成に至る前に表面に吸着されてしまう。結果として各分子は、表面上にその位置がいったん固定されると、自由に移動することができない。この場合、分子間相互作用は、その相対的形態の配置に対してわずかな影響しか持たず、アイランド構造の形成はおこらないものと解釈される。
【００５７】
図８にテラス上に配置されたＭＳＴＢＰＰ分子の三次元画像を示す。分子像は大きな輝点３個と小さな輝点１個で構成されていることがわかる。ここまでの実験事実を総合すると、図中に白い円で示されている部分がメチルチオフェニル基と結論付けられる。この場合、分子中心に対してメチルチオフェニル基分子の反対側に位置する輝点部分は、ジ−ｔ−ブチルフェニル脚となる。この部分は隣接する２つの輝点と比べると若干暗く観測される。この相違は、ＭＳＴＢＰＰ分子の平面的な形状がテラス上においてやや湾曲していることを意味している。これはメチルチオフェニル基とＡｕ（１１１）面との間に生ずる引力的な相互作用によってメチルチオフェニル基が基板面に引き付けられることで分子に非対称の力が生じたためと解釈される。その意味するところは、この分子はテラス上にあっても、メチルチオフェニル基がホスト分子に付与した引力的相互作用の要因は分子全体に分散するのではなく、メチルチオフェニル基の硫黄部分にとどまっており、Ａｕ基板上のポテンシャル特異点と分子の相対的な位置関係を制御するメカニズムとして利用可能であることを示している。
【００５８】
以上のように、Ａｕ（１１１）微傾斜基板に蒸着したＭＳＴＢＰの構造および形態をＳＴＭおよびＮＣ−ＡＦＭを用いて調査した。ＭＳＴＢＰＰの具体的な配置状況や構造を解釈するのに十分な解像度を有する画像が得られた。分子のメチルチオフェニル基がＡｕ（１１１）基板上に形成されたポテンシャル特異点に対して選択的な引力的相互作用を発現することがわかった。この力を発現する部位は、ホスト分子全体に分散するのではなく、分子に結合されたメチルチオフェニル基の硫黄部分に局所的にとどまっており基板に対する分子の相対的形態を支配していることが明らかになった。このように、分子内にメチルチオ基（メチルチオフェニル基）を有するポルフィリン誘導体は、そのメチルチオ基（メチルチオフェニル基）が、金基板の縁部分など周囲とポテンシャルが異なる点と選択的に強く相互作用し分子と基板上のポテンシャル特異点との相対的位置関係を支配することが明らかになった。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明によれば、これまで制御できなかった分子レベルでの空間配置や、分子レベルでの化学反応を制御することが可能となる。したがって、本発明は、分子レベルで反応を制御した、新たな化学反応のために利用することができる。
【００６０】
本発明によれば、反応位置をも制御した規則正しい分子デバイスを製造することができる。したがって、本発明は、分子レベルで空間位置を制御した、ボトムアップ型の分子デバイスの製造方法として利用することができる。
【００６１】
本発明によれば、分子レベルで空間位置を制御したナノスケールの分子デバイスが提供できるので、新規材料や新規デバイスを提供できるのみならず、これらは光情報、情報関連技術、電子・電気技術、医療機器、バイオテクノロジー、環境修復など様々な技術分野において利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】図１は、本発明の第１の実施態様を示す図である。図１（ａ）は、基板と化合物とを説明するための模式図である。図１（ｂ）は、ポテンシャル特異点がほぼ直線状に設けられた場合の基板と化合物が相互作用する様子を示す模式図である。図１（ｃ）は、ポテンシャル特異点がほぼ等間隔の点状に設けられた場合の基板と化合物が相互作用する様子を示す模式図である。図１（ｄ）は、ポテンシャル特異点がほぼ円状に設けられた場合の基板と化合物が相互作用する様子を示す模式図である。図１（ｅ）は、化合物が略円状に配置され、化合物間の反応が進んだものの模式図である。図１（ｆ）は、ポテンシャル特異点に結合した化合物３と他の化合物５が相互作用する様子を示す模式図である。図１（ｆ）は、ポテンシャル特異点に結合した化合物３と他の化合物５が相互作用する様子を示す模式図である。
【図２】図２は、基板の状態を示す図面に代わる写真である。図２（ａ）は、基板のＳＴＭ写真、図２（ｂ）は、図２（ａ）の明るいライン部の高さを示すグラフである。
【図３】図３は、少量のＭＳＴＢＰＰ蒸着後の金基板の（１１１）表面の図面に変わるＳＴＭ写真である。図３（ａ）は、テラスエッジラインが直線状の場合である。図３（ｂ）は、テラスエッジラインが湾曲した場合である。
【図４】図４は、図３の拡大画像の図面に変わる写真である。
【図５】図５は、Ａｕ（１１１）基板上のＭＳＴＢＰＰの図面に変わるＮＣ−ＡＦＭ写真である。
【図６】図６は、Ａｕ（１１１）基板上のＭＳＴＢＰＰの図面に変わるＮＣ−ＡＦＭ写真である。
【図７】図７は、Ａｕ（１１１）基板のテラスに分散したＭＳＴＢＰＰの図面に変わるＳＴＭ写真である。
【図８】図８は、図７から得た分子の三次元画像の図面に変わる写真である。
【符号の説明】
【００６３】
１  基板
２  ポテンシャル特異点
３  化合物
４  官能基
５  他の化合物
【図１】
2005028540.tif 000005
【図２】
2005028540.tif 000006
【図３】
2005028540.tif 000007
【図４】
2005028540.tif 000008
【図５】
2005028540.tif 000009
【図６】
2005028540.tif 000010
【図７】
2005028540.tif 000011
【図８】
2005028540.tif 000012