分子エレクトロニクス
有機分子材料は、無機材料と比較すると、軽量性、可撓性・柔軟性、材料種の多様性の点で優れ、分子が自己組織化的に配列するという性質や、スピンコート法、印刷法などを用いた非常に簡単な成膜プロセスが可能という特徴を有する。
単一分子エレクトロニクスは、1974年にAviramとRatnerにより提案された単分子ダイオードが始まりとされている。シリコンベースのPN接合によるダイオードは、集積回路のパターンの縮小が将来も進みナノメートルサイズに至ると、N型とP型のドーピングが不可能になるとAviramとRatnerらは予測した。それを乗り越えるためとして、ドーピング無しで電子準位のレベルを設計できる分子を使うことを考察し、提案したのである。フロンティア軌道の順位が高い電子供与性部分(Donor)と順位が低い電子吸引性部分(Acceptor)をσ結合部で結合することで、シリコンのpn接合と同様の電子状態を単一分子で実現でき、これが整流性を示すはずであるとの理論的な提案であった。
素子の構成要素としての観点から有機分子を見た場合、大きさと構造がナノスケールで厳密に定義された部品であるというだけではなく、これまでのバンド構造を基本とした電子素子の枠組みを超える、魅力的な機能を備えている。単一あるいは少数の分子で構成された系では、バリスティック伝導(Ballistic conduction)、離散的な分子軌道が関与した共鳴トンネリング(Resonant tunneling)、電子強相関(Electron correlation)などが重要となる。これらの過程に振動・電子励起、分子運動・コンホメーション変化、酸化・還元などが結合して、多彩な量子的伝導物性が期待できる。