JPH06302805A

JPH06302805A - 電子素子とその集積化電子素子及びそれらの使用方法

Info

Publication number: JPH06302805A
Application number: JP5111139A
Authority: JP
Inventors: Tomotsugu Kamiyama; 智嗣上山; Makoto Miyamoto; 誠宮本; Satoru Isoda; 悟磯田; Yoshio Hanasato; 善夫花里; Tomoshi Nishikawa; 智志西川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1993-04-15
Filing date: 1993-04-15
Publication date: 1994-10-28

Abstract

(57)【要約】【目的】高速で作動することができ、しかも超高密度
に集積化が可能な電子素子とその集積化電子素子を提供
し、さらにこれらの素子に適した使用方法を提供する。【構成】基板２３上に、電磁波または荷電粒子ビーム
のいずれかを照射することにより励起状態となる分子ま
たは機能団を有する回転体２１を回転可能に配置し、該
回転体２１近傍に、該回転体２１からエネルギーまたは
電子の少なくとも一方を受け取る分子または機能団を有
する静止体２２を１つ以上配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高速で作動すること
ができ、しかも超高密度に集積が可能な電子素子とその
集積化電子素子及びそれらの使用方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図３０は従来の集積回路に用いられてい
るＭＯＳ構造の整流素子を示す断面図であり、図におい
て、１はｐ型シリコン基板、２はｎ型領域、３はｐ型領
域、４はｎ型領域、５は酸化珪素膜、６，７は電極であ
り、これら電極６，７間でｐ−ｎ接合（ｐ型領域３−ｎ
型領域４接合）が形成され、整流特性が実現されてい
る。

【０００３】また従来用いられている記憶素子として
は、半導体メモリー、光ディスクがある。半導体メモリ
ーにおいては、現在６４メガビットＤＲＡＭのものが製
造可能となっており、これは線幅約０．２５μｍに対応
する。

【０００４】また光による情報の書き込み、読み出しを
行う光磁気ディスクとしては、例えば、鈴木静雄共著：
日本ビジネスレポート技術予測シリーズ第４巻オプトエ
レクトロニクス技術１１９頁、平成２年１月２０日発
行、に示されているような図３１に示すものがある。図
３１において、１１はメモリ層、１２は補助層、１３は
初期化磁石、１４は記録用磁石、１５は光学レンズであ
る。この光磁気ディスクに情報を書き込むには、まず初
期化磁石１３で補助層１２の磁化の向きを一方向に揃え
ておく。オーバーライトする場合には、低磁界の記録磁
石１４を用い、光強度を変調させながら記録を行うと、
高レーザーパワー時には補助層１２とメモリ層１１がと
もにキュリー温度以上になり、両者の磁化の向きが同時
に記録磁界の向きに反転し、例えば“１”の記録が、ま
た低レーザーパワー時には、メモリ層１１のみがキュリ
ー温度以上となり、補助層１２の向きはそのままで、メ
モリ層１１の磁化の向きが補助層１２の向きに一致する
（“０”が記録される）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のＭＯＳ構造の整
流素子は以上のように構成されているので、集積回路の
メモリ容量と演算速度を上昇させるには、素子そのもの
の微細化が不可欠となるのであるが、シリコンを用いる
素子では０．２μｍ程度の超微細パターンで電子の平均
自由行程と素子サイズとがほぼ等しくなり、素子の独立
性が保たれなくなるなどの問題点があった。このように
日々発展を続けるシリコンテクノロジーも微細化の点で
はいずれは壁に突き当たることが予想され、新しい原理
に基づく電子回路素子であって上記０．２μｍの壁を突
き破るものが求められている。

【０００６】また従来の光磁気ディスクは以上のように
構成されているので、この場合にも基板上にトラックを
作製するために超微細加工が必要であり、上記と同様に
微細化の限界に突き当たるなどの問題点があった。また
情報の読み出し、書き込みをレーザー光により行うため
光照射の領域を狭くする必要があるが、レーザー光を絞
り込む光学技術には限界がある。また情報の保存を磁性
膜の磁界の向きにより制御しているため、磁気記録のた
めに強いレーザー光を必要とする。さらに情報の書き込
みや読み出しをする速度、すなわち転送速度が遅いとい
う欠点があり、これは通信分野への適用等を考えると致
命的なものである。

【０００７】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、高速で作動することができ、し
かも超高密度に集積が可能な電子素子とその集積化電子
素子を得ることを目的としており、さらにこれらの素子
に適した使用方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る電
子素子は、基板上に、電磁波または電子やイオン等の荷
電粒子ビームのいずれかを照射することにより励起状態
となる分子または機能団を有する回転体を回転可能に配
置したもので、さらに該回転体近傍に、該回転体からエ
ネルギーまたは電子の少なくとも一方を受け取る分子ま
たは機能団を有する静止体を１つ以上配置したものであ
る。

【０００９】また、請求項２の発明に係る電子素子は、
前記回転体が励起状態となる照射エネルギーが互いに異
なる複数の機能団を有するものである。

【００１０】また、請求項３の発明に係る電子素子は、
前記回転体の回転軸を、その軸方向が前記基板の法線方
向に一致させたものである。

【００１１】また、請求項４の発明に係る電子素子は、
前記回転体を、回転母体に、電磁波または電子やイオン
等の荷電粒子ビームのいずれかを照射することにより励
起状態となる機能団を結合したものである。

【００１２】また、請求項５の発明に係る電子素子は、
前記回転母体を、電磁波または電子やイオン等の荷電粒
子ビームのいずれかを照射することにより構造が変化す
る構造異性体としたものである。

【００１３】また、請求項６の発明に係る電子素子は、
前記静止体を、静止母体に、前記回転体からエネルギー
または電子の少なくとも一方を受け取る機能団を結合し
たものである。

【００１４】また、請求項７の発明に係る電子素子は、
前記回転体と、該回転体を支持する支持体を１つの分子
により構成したものである。

【００１５】また、請求項８の発明に係る電子素子は、
前記回転体を錯体とし、該回転体の回転軸を前記錯体の
中心金属への２個の配位子としたものである。

【００１６】また、請求項９の発明に係る電子素子は、
前記回転体を、２個の単結合により支持体に結合された
機能団または該機能団を含む分子団のいずれかとし、こ
れら２個の単結合を該回転体の回転軸としたものであ
る。

【００１７】また、請求項１０の発明に係る電子素子
は、前記回転体を、球殻を有する分子に、電磁波または
荷電粒子ビームのいずれかを照射することにより励起状
態となる機能団を結合したものである。

【００１８】また、請求項１１の発明に係る電子素子
は、前記静止体を複数、前記回転体の回転軸から等距離
の位置に、該回転軸に対して一定の配向を有するよう
に、かつ該回転軸と互いに隣接する２つの静止体それぞ
れとのなす角が一定であるように配置したものである。

【００１９】また、請求項１２の発明に係る電子素子
は、前記静止体を、酸化還元機能団を複数保持する分
子、分子集合体、機能団集合体のいずれか１種とし、前
記酸化還元機能団は、前記回転体から電子またはエネル
ギーの少なくとも一方を受け取る第１の酸化還元機能団
と、該第１の酸化還元機能団から電子を受け取る第２の
酸化還元機能団とを備えたものである。

【００２０】また、請求項１３の発明に係る電子素子
は、前記静止体を、電子伝達機能を有する生体高分子材
料またはその一部を改変した改変生体高分子材料のいず
れかを有するとしたものである。

【００２１】また、請求項１４の発明に係る電子素子
は、前記回転体と、前記静止体と、これらを支持する支
持体とを１つの分子により構成したものである。

【００２２】また、請求項１５の発明に係る電子素子
は、前記電子素子を構成する分子と特異的結合を起こす
置換基を基板または電極のいずれかに設け、前記回転体
と静止体を一定の配向を持たせて前記基板上または電極
上のいずれかに配置したものである。

【００２３】また、請求項１６の発明に係る電子素子
は、前記特異的結合を、疎水結合、イオン結合、ファン
デルクールスカによる結合のいずれか１種としたもので
ある。

【００２４】また、請求項１７の発明に係る電子素子
は、前記静止体近傍に、該静止体から電子を受け取る
か、または該静止体に電子を供給することにより電荷を
蓄積する部材を配置したものである。

【００２５】また、請求項１８の発明に係る電子素子
は、基板上または電極上のいずれかに、球殻を有する分
子からなる回転体の少なくとも一部分を収納し該回転体
を回転可能に支持する凹部を有する構造体を設けたもの
である。

【００２６】また、請求項１９の発明に係る電子素子
は、前記回転体が、電磁波または荷電粒子ビームのいず
れかを照射することにより励起状態となる分子または機
能団を有するものである。

【００２７】また、請求項２０の発明に係る電子素子
は、前記凹部を、前記基板または電極を構成する原子を
選択除去した凹面としたものである。

【００２８】また、請求項２１の発明に係る電子素子
は、前記凹部を、前記基板上または電極上に環状の分子
を配置して構成したものである。

【００２９】また、請求項２２の発明に係る集積化電子
素子は、請求項１ないし１４または１７のいずれか１項
記載の電子素子を構成する分子を、親水基と疎水基を有
する分子からなる膜に吸着させ、前記電子素子を構成す
る分子間の吸着能により、該分子が一定の配向を有する
ようにしたものである。

【００３０】また、請求項２３の発明に係る集積化電子
素子は、請求項１ないし１４または１７のいずれか１項
記載の電子素子を基板上または電極上のいずれかに複数
個配列したものである。

【００３１】また、請求項２４の発明に係る集積化電子
素子は、請求項１ないし１４または１７のいずれか１項
記載の電子素子を１つ以上の細線状の電極上に配列し、
該電子素子上に１つ以上の細線状の電極を設けたもので
ある。

【００３２】また、請求項２５の発明に係る電子素子ま
たは集積化電子素子の使用方法は、前記回転体の配向を
制御することにより、回転体から複数の静止体のうち一
部の静止体へのエネルギー移動速度または電子移動速度
を他の静止体への移動速度より大きくし、前記回転体に
電磁波または電子やイオン等の荷電粒子ビームのいずれ
かを照射することにより該回転体を励起状態とし、この
励起エネルギーまたは励起電子を前記一部の静止体のみ
へ移動させて該静止体を励起または還元させ、該静止体
のみが電極と電子の授受を行うことによりスイッチング
を行うものである。

【００３３】また、請求項２６の発明に係る電子素子ま
たは集積化電子素子の使用方法は、前記回転体の配向を
制御することにより、この回転体から複数の静止体のう
ち一部の静止体へのエネルギー移動速度を他の静止体へ
の移動速度より大きくする。ここで前記回転体に電磁波
または電子やイオン等の荷電粒子ビームのいずれかを照
射することにより該回転体を励起状態とし、この励起エ
ネルギーを前記一部の静止体のみへ移動させて該静止体
を励起させ、該静止体のみが構造を変化させるか、電極
から電子を受け取ることにより還元されるか、電極に電
子を渡して酸化されるかのいずれかにより情報の書き込
みを行うものである。

【００３４】また、請求項２７の発明に係る電子素子ま
たは集積化電子素子の使用方法は、様々に配向している
前記静止体に偏光制御した電磁波を照射し、前記静止体
のうち一部の静止体の電子を励起し、該一部の静止体の
みが電極から電子を受け取ることにより還元されるか、
電極に電子を渡して酸化されるか、構造を変化させるか
のいずれかにより情報の書き込みを行うものである。

【００３５】また、請求項２８の発明に係る電子素子ま
たは集積化電子素子の使用方法は、前記静止体に電場、
磁場または熱のいずれか１種を加えるか、もしくは電磁
波または電子線のいずれか１種を照射することにより、
前記静止体の酸化還元電位または構造のいずれかを変化
させ、情報の書き込みを行うものである。

【００３６】また、請求項２９の発明に係る電子素子ま
たは集積化電子素子の使用方法は、前記静止体に電場、
磁場または熱のいずれか１種を加えるか、もしくは電磁
波または電子線のいずれか１種を照射することにより、
前記静止体の酸化還元電位または構造のいずれかを変化
させ、前記静止体を情報の書き込み前の状態に戻すこと
により情報を消去するものである。

【００３７】また、請求項３０の発明に係る電子素子ま
たは集積化電子素子の使用方法は、前記電子素子を挟む
２つの電極間に電圧を印加するか、または前記静止体近
傍の電極に電位を印加することにより、静止体から電極
へまたは電極から静止体へのいずれかの方向に電子を移
動させ、酸化状態または還元状態の静止体を情報の書き
込み前の状態に戻すことにより情報を消去するものであ
る。

【００３８】また、請求項３１の発明に係る電子素子ま
たは集積化電子素子の使用方法は、前記電子素子を挟む
２つの電極間に電圧を印加するか、または前記静止体近
傍の電極に電位を印加することにより、静止体から電極
へまたは電極から静止体へのいずれかの方向に電子を移
動させ、酸化状態または還元状態の静止体の数を、電流
または移動電子数のいずれかにより検知し情報を読み出
すものである。

【００３９】また、請求項３２の発明に係る電子素子ま
たは集積化電子素子の使用方法は、前記回転体の配向を
制御することにより、該回転体と一部の静止体との間の
相互作用を大きくし、電極から該静止体を経由し、他の
電極へ向う方向、または電極から該静止体及び回転体を
経由し、他の電極へと向かう方向、あるいはその逆方向
の電流または移動電子数のいずれかを検知することによ
り、該静止体の酸化還元状態または構造を変化させるこ
となく該静止体の酸化還元状態または構造を検知し、情
報を読み出すものである。

【００４０】また、請求項３３の発明に係る電子素子ま
たは集積化電子素子の使用方法は、前記回転体の配向を
制御することにより、前記静止体のうち一部の静止体と
前記回転体との間、または一部の静止体と電極との間の
電子移動速度を該静止体以外の他の静止体との電子移動
速度より大きくし、電極から該静止体へ直接、または回
転体を介して電子を移動させることにより該静止体を酸
化し、該回転体近傍の静止体のうち、酸化または還元可
能な数を電極にて電流または移動電子数として検知し、
情報を読み出すものである。

【００４１】また、請求項３４の発明に係る電子素子ま
たは集積化電子素子の使用方法は、前記回転体の配向を
制御することにより、一部の静止体と該回転体との間の
相互作用を他の静止体と回転体との相互作用より大きく
するかまたは小さくし、前記静止体にエネルギービーム
を照射し、回転体の配向に依存する該静止体の発光挙動
を検知することにより、該静止体の酸化還元状態または
構造を検知し、情報を読み出すものである。

【００４２】また、請求項３５の発明に係る電子素子ま
たは集積化電子素子の使用方法は、前記回転体の配向を
制御することにより、一部の静止体と該回転体との間の
相互作用を他の静止体と回転体との相互作用より大きく
するかまたは小さくし、該静止体の酸化還元状態または
構造に応じて回転体の発光挙動が変化することにより、
該回転体にエネルギービームを照射し、該回転体の発光
挙動を検知して該静止体の酸化還元状態または構造を検
知し、情報を読み出すものである。

【００４３】また、請求項３６の発明に係る電子素子ま
たは集積化電子素子の使用方法は、前記回転体に印加す
る電場または磁場を変化させることにより、該回転体の
配向を制御するものである。

【００４４】また、請求項３７の発明に係る電子素子ま
たは集積化電子素子の使用方法は、前記回転体に電磁波
または電子、イオン等の荷電粒子ビームの少なくとも一
方を照射するか、または該回転体を熱することにより該
回転体を回転させ、さらに回転体の温度、回転体に印加
する電場または磁場、回転体に照射する電子、イオン等
の荷電粒子ビームの強度または方向、回転体に照射する
電磁波の波長の少なくとも１つを変化させることによ
り、該回転体の回転速度を制御し、任意の時間における
回転体の配向を知り、該回転体の配向を制御するもので
ある。

【００４５】また、請求項３８の発明に係る電子素子ま
たは集積化電子素子の使用方法は、前記回転体に、パル
ス状の電磁波または荷電粒子ビームを照射し、該パルス
の強度、時間幅、間隔、数から該回転体の配向を知り、
該回転体の配向を制御するものである。

【００４６】

【作用】請求項１の発明における電子素子は、基板上
に、電磁波または荷電粒子ビームのいずれかを照射する
ことにより励起状態となる分子または機能団を有する回
転体を回転可能に配置したことにより、微小機械の駆動
源となる微小モーターが可能になる。また、該回転体近
傍に、該回転体からエネルギーまたは電子の少なくとも
一方を受け取る分子または機能団を有する静止体を１つ
以上配置したことにより、エネルギー移動または電子移
動を高速で制御できる電子素子が可能になる。

【００４７】また、請求項２の発明における電子素子
は、前記回転体が励起状態となる照射エネルギーが互い
に異なる複数の機能団を有することにより、回転を制御
できる電子素子が可能になる。

【００４８】また、請求項３の発明における電子素子
は、前記回転体の回転軸の軸方向が前記基板の法線方向
と一致することにより、回転効率の良い微小モーターを
有する電子素子が可能になる。

【００４９】また、請求項４の発明における電子素子
は、回転母体に、電磁波または荷電粒子ビームのいずれ
かを照射することにより励起状態となる機能団を結合し
たことにより、微小機械の駆動源となる微小モーターを
有する電子素子が可能になる。

【００５０】また、請求項５の発明における電子素子
は、前記回転母体を、電磁波または荷電粒子ビームのい
ずれかを照射することにより構造が変化する構造異性体
としたことにより、回転の異なる微小モーターを有する
電子素子が可能になる。

【００５１】また、請求項６の発明における電子素子
は、前記静止体を、静止母体に、前記回転体からエネル
ギーまたは電子の少なくとも一方を受け取る機能団を結
合したことにより、エネルギー移動または電子移動を制
御できる電子素子が可能になる。

【００５２】また、請求項７の発明における電子素子
は、前記回転体と、該回転体を支持する支持体とを１つ
の分子により構成したことにより、回転体の回転軸が安
定する。

【００５３】また、請求項８の発明における電子素子
は、前記回転体を錯体とし、該回転体の回転軸を前記錯
体の中心金属への２個の配位子としたことにより、吸収
波長、発光波長、酸化還元電位を自由に制御することが
可能になる。

【００５４】また、請求項９の発明における電子素子
は、前記回転体を、２個の単結合により支持体に結合さ
れた機能団または該機能団を含む分子団のいずれかと
し、これら２個の単結合を該回転体の回転軸としたこと
により、回転体の回転軸が安定する。

【００５５】また、請求項１０の発明における電子素子
は、前記回転体が球殻を有する分子に、電磁波または荷
電粒子ビームのいずれかを照射することにより励起状態
となる機能団を結合したことにより、回転体は高速で一
軸回転する。

【００５６】また、請求項１１の発明における電子素子
は、前記静止体を複数、前記回転体の回転軸から等距離
の位置に、該回転軸に対して一定の配向を有するよう
に、かつ該回転軸と互いに隣接する２つの静止体それぞ
れとのなす角が一定であるように配置したことにより、
エネルギー移動または電子移動を精度よく制御できる電
子素子が可能になる。

【００５７】また、請求項１２の発明における電子素子
は、前記静止体を、酸化還元機能団を複数保持する分
子、分子集合体、機能団集合体のいずれか１種とし、前
記酸化還元機能団は、前記回転体から電子またはエネル
ギーの少なくとも一方を受け取る第１の酸化還元機能団
と、該第１の酸化還元機能団から電子を受け取る第２の
酸化還元機能団とを備えたことにより、エネルギー移動
または電子移動を精度よく制御できる電子素子が可能に
なる。

【００５８】また、請求項１３の発明における電子素子
は、前記静止体が、電子伝達機能を有する生体高分子材
料またはその一部を改変した改変生体高分子材料のいず
れかを有することにより、数ナノメーター〜数百ナノメ
ーターレベルの空間におけるエネルギー移動または電子
移動を秩序正しく行うことができる電子素子が可能にな
る。

【００５９】また、請求項１４の発明における電子素子
は、前記回転体と、前記静止体と、これらを支持する支
持体とを１つの分子により構成したことにより、回転体
の回転軸が安定し、エネルギー移動または電子移動を精
度よく制御できる電子素子が可能になる。

【００６０】また、請求項１５の発明における電子素子
は、前記電子素子を構成する分子と特異的結合を起こす
置換基を基板または電極に設け、前記回転体と静止体を
一定の配向を持たせて前記基板上または電極上に配置し
たことにより、エネルギー移動または電子移動を精度よ
く制御できる電子素子が可能になる。

【００６１】また、請求項１６の発明における電子素子
は、前記特異的結合を、疎水結合、イオン結合、ファン
デルクールスカによる結合のいずれか１種としたことに
より、エネルギー移動または電子移動を精度よく制御で
きる電子素子が可能になる。

【００６２】また、請求項１７の発明における電子素子
は、前記静止体近傍に、該静止体から電子を受け取る
か、または該静止体に電子を供給することにより電荷を
蓄積する部材を配置したことにより、静止体の誤動作を
防止し、したがって電子素子の誤動作がなくなる。

【００６３】また、請求項１８の発明における電子素子
は、基板上または電極上に、球殻を有する分子からなる
回転体の少なくとも一部分を収納し該回転体を回転可能
に支持する凹部を有する構造体を設けたことにより、前
記回転体を安定した位置に支持する。

【００６４】また、請求項１９の発明における電子素子
は、前記回転体が、電磁波または荷電粒子ビームのいず
れかを照射することにより励起状態となる分子または機
能団を有することにより、前記回転体は安定した位置で
高速で一軸回転が可能になる。

【００６５】また、請求項２０の発明における電子素子
は、前記凹部を、前記基板または電極を構成する原子を
選択除去した凹面としたことにより、電子素子の小型化
が可能になる。

【００６６】また、請求項２１の発明における電子素子
は、前記凹部を、前記基板上または電極上に環状の分子
を配置して構成したことにより、電子素子の小型化が可
能になる。

【００６７】また、請求項２２の発明における集積化電
子素子は、請求項１ないし１４または１７のいずれか１
項記載の電子素子を構成する分子を、親水基と疎水基を
有する分子からなる膜に吸着させ、前記電子素子を構成
する分子間の吸着能により、該分子が一定の配向を有す
るように構成したことにより、電子素子の超高密度の集
積化が可能になる。

【００６８】また、請求項２３の発明における集積化電
子素子は、請求項１ないし１４または１７のいずれか１
項記載の電子素子を基板上または電極上に複数個配列し
たことにより、電子素子の超高密度の集積化が可能にな
る。

【００６９】また、請求項２４の発明における集積化電
子素子は、請求項１ないし１４または１７のいずれか１
項記載の電子素子を１つ以上の細線状の電極上に配列
し、該電子素子上に１つ以上の細線状の電極を設けたこ
とにより、電子素子のおかれる電場の方向及び大きさを
任意に制御することが可能になる。

【００７０】また、請求項２５の発明における電子素子
または集積化電子素子の使用方法は、前記回転体の配向
を制御することにより、回転体から複数の静止体のうち
一部の静止体へのエネルギー移動速度または電子移動速
度を他の静止体への移動速度より大きくし、前記回転体
に電磁波または荷電粒子ビームのいずれかを照射するこ
とにより該回転体を励起状態とし、この励起エネルギー
または励起電子を前記一部の静止体のみへ移動させて該
静止体を励起または還元させ、該静止体のみが電極と電
子の授受を行うことにより、高速でスイッチング動作を
行うことが可能になる。

【００７１】また、請求項２６の発明における電子素子
または集積化電子素子の使用方法は、前記回転体の配向
を制御することにより、回転体から複数の静止体のうち
一部の静止体へのエネルギー移動速度を他の静止体への
移動速度より大きくし、前記回転体に電磁波または荷電
粒子ビームのいずれかを照射することにより該回転体を
励起状態とし、この励起エネルギーを前記一部の静止体
のみへ移動させて該静止体を励起させ、該静止体のみが
構造を変化させるか、電極から電子を受け取ることによ
り還元されるか、電極に電子を渡して酸化されるかのい
ずれかにより情報の書き込みを行うことにより、高速で
情報の書き込みを行うことが可能になる。

【００７２】また、請求項２７の発明における電子素子
または集積化電子素子の使用方法は、様々に配向してい
る前記静止体に偏光制御した電磁波を照射し、前記静止
体のうち一部の静止体の電子を励起し、該静止体のみが
電極から電子を受け取ることにより還元されるか、電極
に電子を渡して酸化されるか、構造を変化させるかのい
ずれかにより情報の書き込みを行うことにより、高速で
情報の書き込みを行うことが可能になる。

【００７３】また、請求項２８の発明における電子素子
または集積化電子素子の使用方法は、前記静止体に電
場、磁場または熱のいずれか１種を加えるか、もしくは
電磁波または電子線のいずれか１種を照射して、前記静
止体の酸化還元電位または構造のいずれかを変化させる
ことにより、高速で情報の書き込みを行うことが可能に
なる。

【００７４】また、請求項２９の発明における電子素子
または集積化電子素子の使用方法は、前記静止体に電
場、磁場または熱のいずれか１種を加えるか、もしくは
電磁波または電子線のいずれか１種を照射することによ
り、前記静止体の酸化還元電位または構造のいずれかを
変化させ、前記静止体を情報の書き込み前の状態に戻す
ことにより、高速で情報の消去を行うことが可能にな
る。

【００７５】また、請求項３０の発明における電子素子
または集積化電子素子の使用方法は、前記電子素子を挟
む２つの電極間に電圧を印加するか、または前記静止体
近傍の電極に電位を印加することにより、静止体から電
極へまたは電極から静止体へのいずれかの方向に電子を
移動させ、酸化状態または還元状態の静止体を情報の書
き込み前の状態に戻すことにより、高速で情報の消去を
行うことが可能になる。

【００７６】また、請求項３１の発明における電子素子
または集積化電子素子の使用方法は、前記電子素子を挟
む２つの電極間に電圧を印加するか、または前記静止体
近傍の電極に電位を印加することにより、静止体から電
極へまたは電極から静止体へのいずれかの方向に電子を
移動させ、酸化状態または還元状態の静止体の数を、電
流または移動電子数のいずれかにより検知することによ
り、高速で情報の読み出しを行うことが可能になる。

【００７７】また、請求項３２の発明における電子素子
または集積化電子素子の使用方法は、前記回転体の配向
を制御することにより、該回転体と一部の静止体との間
の相互作用を大きくし、電極から該静止体、他の電極へ
と向う方向、または電極から該静止体、回転体、他の電
極へと向かう方向、あるいはその逆方向の電流または移
動電子数のいずれかを検知することにより、該静止体の
酸化還元状態または構造を変化させることなく該静止体
の酸化還元状態または構造を検知することにより、高速
で情報の読み出しを行うことが可能になる。

【００７８】また、請求項３３の発明における電子素子
または集積化電子素子の使用方法は、前記回転体の配向
を制御することにより、一部の静止体と前記回転体との
間、または一部の静止体と電極との間の電子移動速度を
他の静止体との電子移動速度より大きくし、電極から該
静止体へ直接、または回転体を介して電子を移動させる
ことにより該静止体を酸化し、該回転体近傍の静止体の
うち、酸化または還元可能な数を電極において電流また
は移動電子数として検知することにより、高速で情報の
読み出しを行うことが可能になる。

【００７９】また、請求項３４の発明における電子素子
または集積化電子素子の使用方法は、前記回転体の配向
を制御することにより、一部の静止体と該回転体との間
の相互作用を他の静止体と回転体との相互作用より大き
くするか小さくし、前記静止体にエネルギービームを照
射し、回転体の配向に依存する該静止体の発光挙動を検
知し、該静止体の酸化還元状態または構造を検知するこ
とにより、高速で情報の読み出しを行うことが可能にな
る。

【００８０】また、請求項３５の発明における電子素子
または集積化電子素子の使用方法は、前記回転体の配向
を制御することにより、一部の静止体と該回転体との間
の相互作用を他の静止体と回転体との相互作用より大き
くするかまたは小さくし、該静止体の酸化還元状態また
は構造に応じて回転体の発光挙動が変化することによ
り、該回転体にエネルギービームを照射し、該回転体の
発光挙動を検知して該静止体の酸化還元状態または構造
を検知することにより、高速で情報の読み出しを行うこ
とが可能になる。

【００８１】また、請求項３６の発明における電子素子
または集積化電子素子の使用方法は、前記回転体に印加
する電場または磁場を変化させることにより、該回転体
の配向を制御し、したがって該回転体の回転速度を制御
することが可能になる。

【００８２】また、請求項３７の発明における電子素子
または集積化電子素子の使用方法は、前記回転体に電磁
波または荷電粒子ビームの少なくとも一方を照射する
か、または該回転体を熱することにより該回転体を回転
させ、さらに回転体の温度、回転体に印加する電場また
は磁場、回転体に照射する荷電粒子ビームの強度または
方向、回転体に照射する電磁波の波長の少なくとも１つ
を変化させることにより、該回転体の回転速度を制御
し、任意の時間における回転体の配向を知り、該回転体
の配向を制御することにより、該回転体の回転速度を制
御することが可能になる。

【００８３】また、請求項３８の発明における電子素子
または集積化電子素子の使用方法は、前記回転体に、パ
ルス状の電磁波または荷電粒子ビームを照射し、該パル
スの強度、時間幅、間隔、数から該回転体の配向を知
り、該回転体の配向を制御することにより、該回転体の
回転速度を制御することが可能になる。

【００８４】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の実施例１を図について説明
する。図１において、２１は回転体、２２ａ〜２２ｄは
静止体、２３は基板であり、２４は基板２３のある１点
の法線（対称軸）である。

【００８５】この電子素子は、電磁波または電子イオン
などの荷電粒子ビームなどのエネルギービームにより励
起状態となる分子または機能団である回転体２１が、基
板２３に対し平行に、すなわち基板２３に対する法線２
４を回転軸として回転することができる構成である。こ
の回転体２１は、図に示すように機能団のみで構成され
ているように見えるがその必要はなく、回転体を構成す
る物体に機能団が結合したものでもよい。また、他の物
質が付加したものでもよい。また、回転体２１は図中黒
三角で示すように中心軸に対し回転非対称であることが
望ましい。しかし、回転対称でも機能を出すことは可能
である。また、基板２３に対する法線２４を中心軸とし
て回転すると述べたが、これが最も望ましいのであって
回転軸と基板２３の成す角が１０〜９０度でもよい。

【００８６】この回転体２１の近傍には、静止体と称さ
れる該回転体２１からエネルギーまたは電子またはその
両方を受ける分子または機能団が配置されている。回転
体２１と静止体２２間の最短距離は０．０１ナノメータ
〜１マイクロメータである。この図では静止体２２は２
２ａ〜２２ｄの４つ示してあるが、１つでもよいし、複
数でもよい。複数の場合には中心軸に対して回転対称に
なるように配置することが望ましい。しかし、隣同志の
静止体２２と対称軸２４が成す角が全て等しい必要はな
いし、対称軸２４と各静止体２２との最短距離が全て等
しい必要もない。また、静止体２２は全て同じ機能団で
ある必要もない。この図では静止体２２が機能団のみで
構成されているように見えるがその必要はなく、静止体
２２を構成する物体に機能団が結合したものでもよい。
以上が本実施例における電子素子の基本構成である。

【００８７】ここで、この発明に至った経緯及びこの発
明の背景等について説明する。例えば、植物の葉緑体で
は集光蛋白質複合体と光合成反応中心蛋白質複合体とが
共同して太陽エネルギーから化学エネルギーに高効率に
変換する光合成の初期過程を担っている。この初期過程
において、集光蛋白質複合体は吸収した光エネルギー
を、秩序を持って並んでいる色素機能団を使って決まっ
た経路に沿って移動させ、最終的に反応中心蛋白質のク
ロロフィルに渡している。また、反応中心蛋白質ではエ
ネルギーを受け取ることをきっかけに、電子移動が、空
間的に秩序を持って配置された酸化還元機能団を通って
起こる。この数ナノメータ〜数百ナノメータレベルの空
間における秩序正しいエネルギー移動及び電子移動は色
素機能団または酸化還元機能団の決まった化学的性質、
位置、配向、環境に基づくものである。なお、色素機能
団と酸化還元機能団は同一のこともある。従って、人工
的に一定の空間内に、機能団をその化学的性質、位置、
配向、環境を考慮して配置し、さらに外部から位置、配
向、環境を制御することにより、数百ナノメータレベル
以下の空間におけるエネルギー移動、電子移動を制御で
き、それらを利用して、電子素子が得られる。

【００８８】ところで、機能団を位置、配向を考慮して
配置する方法としては、１つには機能団を１つの分子内
に結合する方法（以下、これを超分子法と称する）と、
基板上に機能団を配置する方法（以下、これを分子配置
法と称する）が考えられる。超分子法では、回転体とな
る分子、静止体となる分子、骨格となる分子、配位子と
なる分子、そしてそれらを結合する分子を用意する。次
にそれらが結合するように結合部位を化学修飾する。そ
して最後にそれらの部品分子を結合すればよい。

【００８９】分子配置法に用いる手段として代表的なも
のに走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）の探針を利用する
ものがある。トンネル顕微鏡は探針と導電性サンプルに
流れるトンネル電流の変化を検知し、構造観察を行う装
置として主に用いられてきたが、最近原子・分子サイズ
での電界強度の制御を利用しての分子加工の例が多く示
されてきており、これまでと全く異なる概念での微細加
工法として注目されている。ＳＴＭ装置はピエゾ素子を
用いることにより、縦、横、高さの三方向に対して０．
０１ナノメータ以内の精度で探針の位置制御を行うこと
ができる。またＳＴＭの探針には通常タングステンや白
金−イリジウム合金を使用するが、探針先端は原子１個
が突き出た状態にあり、原子１個レベルの領域で電界を
制御することができ、この装置を用いることで電子レベ
ルの加工が可能となった。

【００９０】次にこのＳＴＭを用いた分子加工について
説明する。 i）探針を加工対象に接触させ機械的に塑性
変形を行う、ii）探針先端に発生する電子ビームを利用
して表面の化学結合を切断する、気体と反応させて表面
状態を変化させる。 iii）電子ビームと表面との相互作
用により熱変化を起こさせる。iv）探針先端に高電界を
生じさせ、探針先端あるいは対象物の原子・分子を蒸発
させる。 v）探針に原子・分子を吸着させ移動させる。
これらの方法を用いることにより、原子・分子レベルの
超微細な構造を持つ素子を作製することが可能となる。

【００９１】また、ＳＴＭ以外にも原子間力顕微鏡（Ａ
ＦＭ）を用いても分子加工はできる。この場合には探針
先端を加工物に対して任意の探針圧で接触させることに
より分子レベルの穴を開けることができる。あるいは探
針先端に物質を吸着させ移動、隆起物を形成させること
ができる。また、ＳＴＭ、ＡＦＭに限らず、原子・分子
スケールの精度で駆動できる装置があれば全て用いるこ
とができる。また、短波長のレーザ光、シンクロトロン
などからの放射線、電子線などを用いても行える。

【００９２】超分子法における回転体としては有機物が
金属または金属イオンに配位した錯体が考えられる。錯
体は、光を吸収する色素機能団として、また電子移動を
担う酸化還元機能団としても働き得る。その中でもポル
フィリン誘導体がよい。これは吸収波長や発光波長、酸
化還元電位を自由に制御できるだけでなく、中心金属を
中心として、ポルフィリン環またはポルフィリン誘導体
環に垂直な直線を対称軸として９０度のほぼ回転対称で
ある。また、中心金属にピリジン基などの配位子を配位
させるとそれを中心に簡単に回転すると考えられる。

【００９３】分子配置法での回転体として有望なものに
球殻を持つ分子またはその誘導体が挙げられる。このよ
うな物質としては炭素の同素体であるフラーレン類や、
珪素の同素体や、硫化金属化合物がある。その中でもＣ
₆₀，Ｃ₇₀は、結晶中及び単分子状態においても吸着した
基板の種類により、高速で一軸回転していることが知ら
れており、分子回転体として用いることができる。これ
らの分子に光励起される機能団を目的の位置に付与し、
励起波長を持つ光を照射することで回転する。この機能
団をエネルギービームにより励起される機能団として用
いてもよいし、第２、第３の機能団を回転体に付与して
もよい。

【００９４】次に静止体としては、回転体の機能団の励
起状態におけるエネルギー準位に対して最も効率よくエ
ネルギー及び電子移動を行い、かつ逆方向への移動は行
わないようなエネルギー準位をもつ分子及び機能団を選
択し、これを供与分子に対して最も量子収率の高い距離
・配向に、前記の超分子法または分子配置法を用いて配
置すればよい。エネルギー移動及び電子移動の速度・強
度の制御は、回転体分子の配向や回転速度を制御すれば
良く、温度、電場、磁場、光強度、光波長、光照射方
向、基板の種類などを変化させることにより行う。

【００９５】またこの素子においては、光が照射された
後受容分子に数十ミリ秒以内にエネルギーまたは電子ま
たはその両方が受け渡される。さらに受容分子から放出
される電子や光子の検出の電極や光子検出器は、超分子
法による電子素子または記憶素子または集積化電子素子
のためには１つの電子素子に対し電場をコントロールで
きる１対の電極や、検出器があればよい。すなわち、１
つの静止体ごとに１対の電極や検出器は必要ない。それ
は、本発明の最も特徴的である、回転体の配向または回
転速度の制御により個々の静止体の電子移動や発光機能
を制御できるからである。

【００９６】分子配置法による電子素子または記憶素子
または集積化電子素子の場合で回転軸が基板に依存して
いる場合には、電子素子の基板の反対側に電極を形成す
ることができないので、個々の分子に導電性高分子やカ
ーボンナノチューブや分子内に電子伝達能を有する機能
団を保持する天然及び人工の蛋白質分子を用いて配線す
ることにより、電子移動すなわち情報伝達を確実に行う
ことが可能となる。この方法は超分子法による電子素子
や集積化電子素子にも応用可能である。回転体を制御す
るための装置は集積化素子１つに対し１組あればよい。

【００９７】次に動作について説明する。図２にその原
理を示す。図２において、２５は回転母体、３６は静止
母体、２７（２８）は回転母体２５（静止母体２６）の
位置を固定するための分子鋳型、２９（３０）は回転母
体２５（静止母体２６）に化学修飾した光励起性の機能
団である。この電子素子は、回転体を構成する分子と静
止体を構成する分子は異なる。また回転体は回転母体２
５と光により励起される機能団２９（回転体機能団）か
らなり、静止体は静止母体２６と光により励起される機
能団３０（静止体機能団）からなる。

【００９８】ここで、図中、（ａ）〜（ｃ）は回転体及
び静止体のエネルギー準位図、（ｄ）〜（ｆ）は回転
体、静止体の各エネルギー状態における位置関係を示す
図である。（ａ）〜（ｃ）で（Ａ）は回転機能団のエネ
ルギー準位、（Ｂ）は静止体機能団のエネルギー準位で
ある。光照射をしていない状態では、回転体機能団と静
止体機能団がいかなる位置関係をとろうとも、離れた状
態でのエネルギー移動は起こらない（ａ）。次に、回転
母体２５に光を照射すると励起状態となり、この励起状
態から元の基底状態に戻るときに発生する格子振動のエ
ネルギーにより回転体２１は回転する。さらに異なる波
長の光を回転体機能団２９に照射すると、図２（ｂ）に
示すように最高占有軌道（ＨＯＭＯ）にあった回転体機
能団２９の電子が最低非占有軌道（ＬＵＭＯ）励起され
る。この励起回転状態となった回転体機能団２９と静止
体機能団３０とが最も近接する瞬間にエネルギーあるい
は電子が静止体２２へと量子的に移動する。エネルギー
移動が起こった場合には回転体２１のＬＵＭＯに存在し
た電子は、エネルギー供与後ＨＯＭＯに戻り、電子移動
の場合には酸化される。一方、静止体機能団３０はエネ
ルギー受容後、ＨＯＭＯに存在した電子はＬＵＭＯに引
き上げられる。また、電子移動の場合には還元されＬＵ
ＭＯに電子が入る。いずれにしてもＬＵＭＯに電子が入
る。そして近接する位置に他の電子受容体（例えば、電
極など）が存在すると、電子はある時定数を伴って移動
する（ｃ）。電子移動を起こして酸化状態となった静止
体の機能団３０は、基板２３などからの電子移動により
元の状態に復活することができる。これらのことから本
素子に整流性を持たせることができる。

【００９９】また、本素子に照射する光をパルスで与え
オン，オフすると、素子のパルスに対する入出力関係は
図３に示すようになる。本図は入力の光パルス、回転体
の発光強度、配線分子への電子の取り出しの関係を示し
ており、本図より光をパルス状で与えることにより、ス
イッチング特性を持たせることができる。

【０１００】なお、回転体の代わりにエネルギービーム
照射により構造を変化させる物質（以後、光構造異性体
と称する）を用い、これにエネルギービームにより励起
状態となる機能団を付与し、光構造異性体の構造変化に
伴い、機能団からエネルギー移動する静止体が異なるよ
うになることを利用しても同様な効果が得られる。

【０１０１】実施例２．次に、この発明の実施例２を図
について説明する。図４において、３１は回転体となる
マグネシウム錯体であるクロロフィルｃをフェニル化し
た機能団、３２ａ〜３２ｄは静止体となるクロロフィル
機能団であり、全く同じ機能団が全部で４個存在する。
３３はマグネシウムへの配位子となるピリジン基を持つ
梯子状有機体、３４は静止体２２を支える梯子状有機
体、３５は静止体２２、梯子状有機体３４を保持する網
目状有機体であり、以上により１つの大きな有機分子３
６を構成している。回転体３１は配位子を回転軸として
自由に回転できるが、静止体３２は上下４点で網目状有
機体３５と結合しており、４個の機能団は全て回転体３
１のマグネシウム原子の方向に向いて固定されている。
有機分子３６において回転体３１の蛍光発光スペクトル
と静止体３２の電子スペクトルは一部重なる。このこと
から回転体３１が吸収したエネルギーは静止体３２に移
動可能である。このとき回転体３１の配向が重要であ
る。回転体３１はフェニル化されているため回転対称で
はなくそのためフェニル基と最も近い静止体３２と最も
強く相互作用を示し、エネルギー移動を行う。この図で
表された状態では静止体３２ｃとのみエネルギー移動を
起こした。ところで、回転体３１の酸化還元電位は静止
体３２のそれに比べて０．２Ｖ以上低く、そのため回転
体３１の還元体から静止体３２の酸化体へは電子移動が
高速に起こったが、静止体３２の還元体から回転体３１
の酸化体への方向には電子移動は起こらなかった。ま
た、この電子移動は前述したエネルギー移動と同様に回
転体３１のフェニル基と最も近い静止体３２ｃとのみ電
子移動を起こした。

【０１０２】ここでは、回転体機能団としてフェニル化
クロロフィルｃを用いた場合を示したが、他のクロロフ
ィル誘導体、バクテリオクロロフィル誘導体、ヘム誘導
体、フタロシアニン誘導体、シアノコバラミン誘導体な
ど、ポルフィリン誘導体あるいは鉄硫黄錯体など他の錯
体でもよい。また、静止体機能団としてクロロフィルを
用いた場合を示したが、回転体機能団として例示した錯
体や、フェオフィチン誘導体、ビスアゾ色素類、フタロ
シアニン色素類、スクワリリウム色素類、アズレニウム
色素類、スチルベン誘導体、トリフェニルメタン誘導
体、トリフェニルアミン誘導体、フラビン誘導体、キノ
ン類、ポリピロール誘導体、カロテノイド、金属原子、
金属イオンなどの酸化還元機能団や蛍光機能団でもよ
い。

【０１０３】また、この実施例では、回転体を配位結合
で支持体から支えるようにした構成を示したが、図５に
示すように、回転体３１を単結合３７で支持体から支え
るようにし、その単結合３７を回転軸とした構成でもよ
い。この場合、回転体機能団としては必ずしも錯体であ
る必要はなく、励起性の機能団であればよく、アントラ
セン誘導体、フラビン誘導体、シアニン色素類、ダンシ
ルクロリド誘導体、フルオレセイン誘導体、クマリン、
ローダミン、ペリレン誘導体、ピレン誘導体、パリナリ
ン酸、オキソノール色素、フォーマイシン誘導体、ルブ
レン誘導体、ナフタリン誘導体、フェナントレン誘導体
などでも同様な結果が得られた。

【０１０４】また、この実施例では、回転体、静止体共
に１つの支持体で支え電子素子が１つの分子で構成され
る例を示したが、図６に示すように、回転体３１のみが
支持体３８に支えられた構成としてもよい。また図７に
示すように、静止体を複数の酸化還元機能団４０により
構成してもよく、さらに図８に示すように、静止体を酸
化還元電位の異なる機能団を複数連ねた静止体４１とし
てもよい。このとき電荷分離が高効率に起こるようにお
互いの機能団の距離、配向を考慮しなければならない。
このようにすれば静止体が電子を回転体から受けた後高
収率に電極に電子を移動させることができる。またレチ
ナール誘導体を用いれば、エネルギーを受け取ると構造
が変化する。このようにエネルギー移動を受けたり、電
磁波を照射されると構造変化する機能団を静止体として
用いてもよい。さらに静止体を複数用いる場合には、必
ずしも全てが同一である必要はない。また、回転体の回
転軸は図４において２つのピリジン残基の窒素原子を結
んだ直線であり、基板と９０度の角度を持つが、この角
度は１０〜９０度の範囲であればよい。また、回転体を
支持する配位子としてピリジン残基を用いたが、他の窒
素化合物や酸素化合物や硫黄化合物をなどでもよい。ま
た、構造体としては網目状有機体や梯子状有機体を用い
たが、他の有機物や珪素化合物やフラーレンなどの球殻
を持つ物質やその一部でもよい。

【０１０５】実施例３．次に、この発明における電子素
子を集積化かた集積化電子素子を図について説明する。
この集積化電子素子を作成するには、まず図９（ａ）に
示す基板４２を用意する。この基板４２は、例えば酸化
珪素やマイカのような原子レベルで平でしかも絶縁性が
よいものが好ましい。次に、基板４２に本発明の電子素
子の大きさとほぼ等しい幅（１〜数１０ｎｍ）を持つよ
うに金属を蒸着してストライプ電極４３を形成した。前
述の電子素子３６は網目状有機体を骨格とした分子であ
り、非水溶性である。そこで、この分子を揮発性有機溶
剤に溶解し水面上に滴下すると、溶剤が蒸発し、水面上
に電子素子が規則正しく並んだ単分子膜が生成した。こ
の単分子膜をラングミュア−ブロジェット法（ＬＢ法）
などにより基板４２上に転写した。さらにストライプ電
極４３と交差するようにストライプ電極４４を蒸着によ
り形成した。こうすることによりストライプ電極４３の
うちの１個とストライプ電極４４のうちの１個に電圧を
印加することにより、任意の電子素子に電場を印加する
ことができた。図９（ｂ）に図９（ａ）のうちの一電子
素子を拡大して示す。静止体３２はストライプ電極４４
の方がストライプ電極４３に比べてより近くそのためス
トライプ電極４４とのみ電子移動を起こした。ストライ
プ電極４４は電磁波が透過するように１〜１００ナノメ
ータの金属薄膜または透明電極を用いた。この例ではス
トライプ電極４３とストライプ電極４４は直交するよう
にしたが、必ずしもその必要はない。

【０１０６】以上の例では複数の電子素子分子が規則正
しく並んだ単分子膜を作成したが、この実施例以外の方
法として、まずフォスファチジルコリンなどの脂質分子
の有機溶媒溶液を水面上に滴下し、単分子膜を作成し、
単分子膜下の水を電子素子分子水溶液により置換し、電
子素子分子が脂質の単分子膜に吸着し、さらに電子素子
分子間の相互作用により電子素子分子が自然にきれいに
並ぶようにしてもよい。このとき水における塩強度、水
素イオン濃度、温度や、脂質分子構造、溶媒の種類、吸
着時間、脂質単分子膜の表面圧などが電子素子分子をき
れいに並べるのに重要である。

【０１０７】実施例４．次にこの発明の電子素子を記憶
素子として用いる方法を図１０について説明する。ま
ず、前述の集積化素子を用いた情報の書き込み方法につ
いて説明する。集積化素子の左右前後に４つの電極４５
ａ〜４５ｄを設けた。電極４５ａ，４５ｃの組及び４５
ｂ，４５ｄの組に印加する電圧をコントロールすること
により４電極４５に挟まれた電子素子のおかれる電場の
方向及び大きさを任意に制御することができた。回転体
３１は前述のように回転非対象構造であり、ダイポール
モーメントを有する。そのため電場ベクトルに応じて向
きを変化させる。図のように電極４５ａの電位を４５ｃ
に対し１Ｖ印加し、４５ｂ，４５ｄに対しては電位を印
加しないようにすると電場ベクトルは矢印４６が示すよ
うに向く。それに応じて回転体はフェニル基が矢印４６
と一致するように向いた。その結果フェニル基は４つの
静止体３２のうち、３２ｃと最も接近した。この状態に
おいて集積化電子素子のうち、任意の１電子素子に電圧
を印加するようにストライプ電極４３及び４４の組合せ
を選び、ストライプ電極４３の電位をストライプ電極４
４に対し−５〜＋５Ｖ印加した。次に静止体３２は高エ
ネルギーにせず、回転体３１を高エネルギー状態とする
ために６００〜１０００ｎｍの波長の光を１ｎ秒照射し
た。すると回転体３１の電子が励起された。

【０１０８】次にそのエネルギーが静止体３２ｃに移動
し静止体３２ｃの電子が励起された。しかしストライプ
電極４３，４４によって電圧が印加されているのでスト
ライプ電極４３の電圧がストライプ電極４４に対しプラ
スであれば静止体３２ｃへストライプ電極４４から電子
移動が起こり還元され、マイナスであればストライプ電
極４３へ電子移動が起こり酸化された。いずれにしても
静止体３２ｃは他の静止体３２ａ，３２ｂ，３２ｄの状
態とは異なるように変化した。その結果例えば還元状態
を“１”、元の状態を“０”とし、静止体３２ａ〜３２
ｄの状態を順に書き表せば今“００１０”となる。さら
に電極４５ａ〜４５ｄへ印加する電圧を制御し同様な操
作を行って静止体３２ａを還元すれば電子素子の状態は
“１０１０”と表せる状態となった。すなわち“０００
０”〜“１１１１”の情報を表すことができるので１電
子素子に４ビットの情報を書き込みすることができるこ
とがわかった。これらの一連の操作を集積化素子の全て
の素子に対し行うことができたので、電子素子数×４ビ
ットの情報を書き込みすることができることがわかっ
た。本実施例では２０×４で８０ビットである。

【０１０９】この実施例では、１電子素子あたりの静止
体の数を増やせば書き込みすることができるビット数は
増え、集積化電子素子中の全静止体数のビット数の情報
を書き込みすることができる。また、この実施例では２
０個の電子素子を集積化したが、１電子素子の大きさは
直径約４ナノメータであり、１平方センチメータあたり
６．２５×１０¹²個という非常に高密度に集積すること
もできる。この場合書き込みできる情報量は２．５×１
０¹³ビット（２５テラビット）である。もちろん集積度
は変えることができる。また、酸化還元状態の変化は可
逆でありこの記憶素子は再書き込み可能である。

【０１１０】実施例５．次に静止体機能団としてレチナ
ールを用いた場合の書き込み方法を説明する。手順は前
述の場合と全く同様である。レチナールはエネルギーを
受け取る前はシス型を含んでいるが、エネルギーを受け
取ると全トランス型に構造変化する。その結果、前述の
酸化還元状態を変化させた場合と同様に１電子素子あた
りレチナール機能団の数と等しいビット数の情報を書き
込みすることができた。シス−トランス構造変化は可逆
であり、この記憶素子は再書き込み可能である。レチナ
ール以外にも、光などのエネルギービームを照射して可
逆に構造変化を起こす物質であれば何でも用いることが
できる。

【０１１１】実施例６．次に他の書き込み方法を図１１
について説明する。ここでは、クロロフィル機能団から
なる３個の静止体４８ａ〜４８ｃを含む電子素子４７を
用いた。それぞれの静止体４８はお互いに１２０゜の角
度を成す。これを上下にストライプ電極４３，４４で挟
んだ。ストライプ電極４４には光透過電極を用いた。こ
の場合酸化スズとした。前述の場合と同様に任意の電子
素子に電圧を印加した。次に偏光フィルター５１を通し
た６００〜１０００ｎｍの光を照射した。偏光フィルタ
ー５１は任意に回転することができ、偏光の向きを制御
できるようにした。クロロフィルは一定の向きの偏光の
みによって励起されるので、３個の静止体４８ａ〜４８
ｃのうち、任意の静止体を励起することができる。矢印
４９は照射した光の電場ベクトルの向きを示す。この図
は静止体４８ａの向きと一致しており静止体４８ａが励
起された例を示す。その結果、前述の場合と同様に任意
の静止体の酸化還元状態を制御することができ、静止体
の数と等しいビット数の情報を書き込みすることができ
た。この例では“０００”〜“１１１”の３ビットであ
る。

【０１１２】実施例７．次に他の書き込み方法について
説明する。実施例６において通常の励起波長よりも大き
いエネルギーを持つ短波長の紫外光、Ｘ線、γ線あるい
は電子ビームを照射すると、静止体４８の２重結合が酸
化された。この反応は非可逆である。このように非可逆
的に酸化されたり、非可逆的に構造を変化させる場合に
は、電子素子は再書き込み不可能であるので、１回のみ
書き込み可能な読み出し専用記憶素子として機能する。
このような非可逆反応を起こさせるには、ストライプ電
極４３，４４によって任意の電子素子に強い電場を印加
しながら、磁場を印加したり、熱したりしても同様な結
果が得られる。

【０１１３】実施例８．次に情報の読み出し方法につい
て図１２について説明する。静止体３２の状態が元の状
態から変化した場合に静止体３２の導電性が変化するこ
とを利用する。すなわち、実施例４の場合と同様に、電
子素子のおかれる電場または磁場を変化させることによ
り回転体を各静止体に向くように配向させた。同時にス
トライプ電極４３に、ストライプ電極４４に対し−５Ｖ
〜−０．００１ｍＶの電圧を印加した。すると書き込み
時に状態が変化していない静止体と回転体との間の距離
が最も短くなったときはストライプ電極４４→静止体３
２→回転体３１→ストライプ電極４３と電流が流れた。
しかし状態が変化した場合には電流が流れなかった。よ
って回転体３の配向状態と共に電流を検知することによ
り各静止体３２の状態がわかるので情報を読み出すこと
ができた。このとき電子は中心金属のマグネシウムを流
れるのではなくクロリン環を流れていると考えられるの
で酸化還元状態は変化せず情報は保持されたままであっ
た。

【０１１４】図１２に回転体の配向と電流値の関係を示
す。回転体が、静止体３２ａと静止体３２ｃの方向に配
向したときに電流が大きく流れていることがわかる。よ
って、書き込みされた情報が“１０１０”であったこと
がわかった。また、逆に静止体の状態が元の状態から変
化すると、変化していない場合に比べてストライプ電極
４４→静止体３２→回転体３１→ストライプ電極４３で
電流が流れるようになる場合でも同様に情報を読み出す
ことができる。

【０１１５】実施例９．次に他の読み出し方法について
説明する。ストライプ電極４３，４４に電圧を印加する
と、書き込み時に静止体３２を還元した場合には静止体
３２から電子を奪い元の状態に戻すことができる。そこ
でストライプ電極４３の電圧をストライプ電極４４に対
し−５〜＋５Ｖとした。また、逆に書き込み時に静止体
を酸化させた場合には静止体に電子を与え元の状態に戻
すことができる。そこでストライプ電極４３の電圧を電
極４４に対し−５〜＋５Ｖとする。いずれにしても、元
の状態に戻すときに電極と静止体の間で電子移動が起こ
るので、その電子数を検知することにより１電子素子中
の酸化体の数、または還元体の数を数えることができ、
静止体の数だけの情報量を読み出すことができた。この
方法は情報を消去する場合にも用いることができる。

【０１１６】実施例１０．次に他の読み出し方法及び消
去方法について説明する。実施例４〜６において示した
情報の書き込み方法と全く同様にして、回転体の配向を
制御するか照射する光の偏光方向を回転させるかして静
止体３２をａからｄまで順番に酸化または還元させる操
作を行った。用いる光の波長も６００〜１０００ｎｍで
ある。もし書き込み時において静止体の状態が変化して
いれば読み出し時においてはそれ以上変化させることが
できない。一方、書き込み時において静止体３２が変化
していなければ酸化または還元させることができる。回
転体３２の配向に応じてストライプ電極４４に移動する
電子数を検知すれば、静止体３２の状態を調べることが
でき、情報の読み出しができた。しかしこの方法では再
度読み出しすることができなかった。照射する光の波長
を変えることにより、この方法は情報を消去するために
も用いることができる。またこのとき偏光を用いなけれ
ば、一括消去できる。

【０１１７】実施例１１．次に他の読み出し方法につい
て説明する。静止体３２の状態が元の状態から変化した
場合には回転体３１からエネルギー移動が起こらないこ
とを利用する。すなわち、実施例４の場合と同様に、電
子素子の置かれる電場または磁場を変化させることによ
り回転体３１の方向を各静止体３２に向けた。同時に回
転体３１を励起するために該回転体３１に６００〜１０
００ｎｍの光を照射し、回転体３１から発する光を検知
した。書き込み時に状態が変化していない静止体３２と
回転体３１との間の相互作用が最も強くなるようになっ
たときはエネルギー移動のために回転体３１から発せら
れる光強度が弱くなるし、スペクトルも変化した。しか
しながら書き込み時に状態が変化した静止体３２と回転
体３１との間の相互作用が最も強くなるようになったと
きはエネルギー移動が起こらないために発光強度やスペ
クトルが変化しなかった。よって回転体３１の配向状態
と共に回転体３１からの発光を検知することにより各静
止体３２の状態がわかるので書き込みされた情報を読み
出すことができた。

【０１１８】実施例１２．次に他の読み出し方法につい
て説明する。静止体３２の状態が元の状態から変化した
場合には静止体３２が発光しないことを利用する。ま
た、回転体３１と相互作用すると励起波長が変化するこ
とを利用する。すなわち、実施例４の場合と同様に、電
子素子の置かれる電場または磁場を変化させることによ
り回転体３１の配向を各静止体３２に向くように制御し
た。同時に静止体３２を励起するために該静止体３２に
６５０〜１５００ｎｍの光を照射する。このとき、書き
込み時に状態が変化していない静止体３２と回転体３１
との間の相互作用が最も強くなるようになったときのみ
静止体３２は励起され発光した。しかし相互作用が弱い
ときには励起波長が照射波長と異なるので発光しなかっ
た。また、静止体３２が元の状態から変化していれば発
光しなかった。よって回転体３１の配向状態と共に静止
体３２からの発光を検知することにより各静止体３２の
状態がわかるので情報を読み出すことができた。

【０１１９】また、これまでに示してきた情報の読み出
し方法では回転の配向を制御して行ってきたが、ある任
意の時間において回転体３１の配向がわかれば同様の結
果を得ることができる。すなわち、回転体３１の機能団
が吸収する光などの電磁波や電子イオンなどの荷電粒子
のビームによるエネルギービームを照射することによっ
て回転体３１を回転する。あるいは熱を与えて回転させ
る。さらにそのときのエネルギービームの照射時間や照
射間隔、強度変化させる場合の間隔、回転体３１がおか
れる電場、磁場、温度を制御することによって回転速度
を制御できる。回転速度が制御できれば回転体３１の向
きがわかる。よって、静止体３２を経て流れるストライ
プ電極４３とストライプ電極４４間の電流または電子
数、あるいはストライプ電極４４が静止体３２から受け
取るか静止体３２に与える電子数、あるいは静止体３２
から発せられる光、あるいは回転体３１から発せられる
光を検知することにより電子素子中の静止体３２の状態
を検知できるので、電子素子に書き込まれた情報を読み
出しすることができる。

【０１２０】なお、上記実施例４〜１２では、超分子法
による電子素子について説明したが、以下に述べるよう
な分子配置法による電子素子にも応用できる。また、こ
れまでに述べてきた回転体機能団を励起する方法として
光を用いてきたが、これは機能団に依存するものであっ
て、機能団によっては他の波長の電磁波や電子やイオン
などの荷電粒子のビームによるエネルギービームを用い
ることができる。

【０１２１】実施例１３．図１３は、本発明の一実施例
の電子素子を模式的に示す断面構成図である。図におい
て、５２は基板としての金の単結晶薄膜である。５３は
Ｃ₇₀分子、５４はＣ₇₀分子に化学修飾したアントラセン
分子、５５はフラビン単体である。

【０１２２】次にこの素子の作製方法について説明す
る。Ｃ₇₀分子へのアントラセンの修飾は、文献の方法に
従い、Ｃ₇₀分子の臭素を付加し、この付加体中の臭素と
アントラセンとの交換反応により合成した。合成生成物
は高速液体クロマトグラフィーにより精製した。目的物
の確認はＦＴ−ＩＲ、元素分析、ＮＭＲにより行った。

【０１２３】清浄化した基板５２である金の単結晶薄膜
表面上に上記のＣ₇₀修飾体を極微量溶かしたトルエン溶
液を１滴滴下し溶媒を蒸発させた。次に同じ基板上にフ
ラビン単体を極微量溶かしたクロロホルム溶液を１滴滴
下した。この基板を超高真空ＳＴＭ装置に設置した。な
おこの装置では、真空度を約１０^-9ｔｏｒｒに保持可能
で、さらにサンプル温度を−２６８℃〜６００℃まで調
節できる。ＳＴＭ探針の位置制御は高性能なピエゾ素子
により行っているので、原子１個のサイズレベルで三次
元位置制御を行えるようにしてある。まずＳＴＭ観察に
より基板上にＣ₇₀修飾体とフラビン誘導体が存在するこ
とを確認した。基板温度を−１９５℃にした後、任意の
場所を選択しＷ製のＳＴＭ探針にフラビン単体１個を物
理吸着させ、Ｃ₇₀修飾体から２ナノメータ離れたところ
に移動させた。半径数十ナノメータ以内に存在する両分
子も同様の方法で除去し、この領域にした。Ｃ₇₀修飾体
とフラビン誘導体が１個ずつのみが存在する構造を形成
させた。−１９５℃に温度保持をすれば、長時間にわた
り分子の移動は起こらず構造を保持することを確認し
た。さらに光を照射を始めると回転体の内部構造が消失
したことにより、静止状態にあった回転運動が回転運動
を始めたことも合わせて確認した。この構造を持つ素子
を作製することにより、回転体と静止体間でのエネルギ
ー移動が可能となる。

【０１２４】実施例１４．この実施例は図１４に示すよ
うに、上記実施例１３の電子素子に、アントラセン分子
５４の励起波長の光を発生する発光ダイオードとアント
ラセンから発生する蛍光を感知するためのフォトン走査
型トンネル顕微鏡（ＰＳＴＭ）５７を設置したものであ
る。図において、５６は発光ダイオード、５８はＰＳＴ
Ｍ５７の光プローブであり、先端をフラビン誘導体から
０．３ｎｍ上方に固定している。この発光ダイオード５
６は非常に微細な領域のみに光照射が可能である。回転
体から発する光はＰＳＴＭ５７により検出ができる。光
プローブ５８は光ファイバー製で微細加工により原子レ
ベルの先鋭さを持つので、このプローブを静止体の位置
に固定しておけば、その位置で分子レベル領域の光強度
の変化を測定することができる。ＰＳＴＭ５７はＳＴＭ
装置に光検出器とロックインアンプを増設した構成であ
る。

【０１２５】次にこの電子素子の動作方法について説明
する。図１５はＰＳＴＭ３７により検出された蛍光の強
度の時間変化を示したものである。ここでは、素子は真
空中−１９８℃に保持した。発光ダイオードの出力は１
μＷである。図１５より蛍光消光の周期が１００ナノ秒
であることが確認された。回転体のみの構成では蛍光消
光の寿命は１０マイクロ秒であり、本実施例における回
転体の蛍光消光の寿命が短くなっているのは、静止体へ
蛍光エネルギーが吸収されているためである。このこと
から本実施例で用いた電子素子は分子レベルの微細な領
域においてエネルギー移動を行っていることが確認され
た。また、この温度での¹³ＣＮＭＲの測定結果より得
られた光照射中のＣ₇₀修飾体の回転周期は約１０６ナノ
秒であり、これは蛍光消光の寿命と対応していると考え
られ、蛍光消光が回転体の回転速度に依存していること
が確認された。

【０１２６】なお上記実施例では、回転体の機能団を励
起状態とするのに発光ダイオードを用いたが、該回転体
の励起手段としてはアントラセン分子の励起発光エネル
ギーに相当するエネルギーを供給するものであればよ
く、例えばレーザ光等を用いてもよい。

【０１２７】さらに上記実施例においては、発光ダイオ
ードの出力を１μＷとしているが、出力を変化させるこ
とにより、回転体の回転周期と蛍光消光の周期を変化さ
せることができる。例えば、照射する光強度が増せば、
回転周期及び蛍光消光の周期は速くなり、減少すれば遅
くなることからエネルギー移動の周期を光強度により制
御できる。

【０１２８】さらに上記実施例では機能団を含まない回
転体分子として、Ｃ₇₀誘導体を用いたが、他の球殻を含
む分子である一連のフラーレン類と呼ばれる球状の炭素
分子、例えばＣ₆₀，Ｃ₈₆，Ｃ₇₂などを用いてもよい。ま
た、必ずしも球状をしている必要はなくその一部を含む
分子でもよい。また、炭素原子が珪素原子に置き代わっ
た分子や硫化モリブデン、硫化タングステンなどが球殻
または球殻の一部を形成している分子でもよい。さらに
はこれらの球殻分子に水素原子、臭素原子などが付加し
たような球殻分子誘導体でもよい。またフラーレン中に
ランタン、イットリウムなどの金属原子や金属イオンを
内包したいわゆる金属内包フラーレンでもよい。また他
の球殻分子や球殻分子誘導体に金属原子や金属イオンを
内包した金属内包球殻分子でもよい。これらにアントラ
センを修飾した誘導体でも同様の結果が得られた。また
励起性の機能団としてはアントラセン誘導体を用いてい
るが、これも励起発光性の分子であればよく、シアニン
色素類、ダンシルクロリド誘導体、フルオレセイン誘導
体、クマリン、ローダミン、ペリレン誘導体、ピレン誘
導体、パリナリン酸、オキソノール色素、フォーマイシ
ン誘導体、ルブレン誘導体、ナフタリン誘導体、フェナ
ントレン誘導体をなどを用いて合成した回転体分子でも
同様の結果が得られた。

【０１２９】また、静止体分子としてフラビン単体５５
を用いたが、該静止体分子は回転体分子からの発光のエ
ネルギーを受け取ることが可能なものであればよく、ク
ロロフィル誘導体、バクテリオクロロフィル誘導体、ヘ
ム誘導体、フタロシアニン誘導体、シアノコバラミン誘
導体など、ポルフィリン誘導体あるいは鉄硫黄錯体など
他の錯体、ビスアゾ色素類、スクワリリウム色素類、ア
ズレニウム色素類、スチルベン誘導体、トリフェニルメ
タン誘導体、トリフェニルアミン誘導体、フェオフィチ
ン誘導体、フラビン誘導体、キノン類、ポリピロール誘
導体、カロテノイド、金属原子、金属イオンなどの酸化
還元機能団、さらにはこれらを含む高分子、これらを結
合させたタンパク質などを用いても同様の結果が得られ
た。

【０１３０】本実施例では球殻を持つ分子を回転体と
し、これを回転させることにより電子素子として応用で
きることを示したが、この回転体を微小機械の駆動源、
すなわち微小モーターとして用いることもできる。

【０１３１】実施例１５．この実施例の電子素子は、図
１６に示すように、上記実施例１４の電子素子のＣ₇₀分
子５３に対してフラビン単体５５と対称の位置に、さら
にフラビン単体５５を設置したものである。この電子素
子の作成方法及び動作条件は上記実施例１４の電子素子
と同様である。

【０１３２】次に素子の動作について説明する。図１７
及び図１８は、発光ダイオードの出力強度と回転体であ
るＣ₇₀修飾体からの蛍光強度との関係を示す図である。
静止体分子が回転体の周囲に２個設置されたので、実施
例１４と比較して、１μＷの出力光では蛍光消光の周期
は半分となった。さらに光強度を段階的に変化させると
蛍光消光の周期も変化した（図１７）。また光照射をパ
ルス的に行った場合、光照射中は蛍光消光現象が観察さ
れたが、照射を止めている間は、蛍光発光は全く見られ
なかった（図１８）。

【０１３３】本実施例では静止体を２個としているが、
回転体の周囲に全対称的に４個（９０度間隔）、６個
（６０度間隔）で配置してもよく、この場合蛍光消光の
周期は、回転周期の４分の１、６分の１として検出され
た。さらに他の個数でも同様の結果が得られた。

【０１３４】実施例１６．上記実施例１３〜１５では、
分子の位置を固定しておくために温度を−１９５℃とい
う非常に低温に設定しているが、本実施例の電子素子で
は室温での位置固定を行うために回転体及び静止体分子
の一部が納まる穴を基板を加工して作製し、その穴に目
的分子をはめ込み固定していることが特徴である。図１
９（ａ）〜（ｅ）に本実施例で作製した素子の作製法を
示す。図において、６１はＣ₇₀のアントラセン修飾体、
６２はフラボチトクローム分子（特願平３−２３５６９
４）、６３はＣ₇₀修飾体の分子鋳型、６４はフラボチト
クローム分子の分子鋳型、６５はＳＴＭ探針である。

【０１３５】次にこの電子素子の作製方法について説明
する。金単結晶を用い、表面に構造を作製する作業は上
記実施例で用いたのと同じ超高真空ＳＴＭ装置を用い
た。この装置では、真空度を約１０^-9ｔｏｒｒに保持可
能である。ＳＴＭ探針６５の位置制御は高性能なピエゾ
素子により行っているので、原子１個のサイズレベルで
三次元位置制御を行うことができる。清浄化した金単結
晶基板５２をＳＴＭ装置にセット後真空度を高め、３０
０℃で３０分焼き鈍し表面に吸着した分子を除去し、完
全に清浄化した（図１９（ａ））。ＳＴＭ探針６５には
タングステン（Ｗ）針を用い、３Ｖ，１０〜３０ｎ秒の
パルス電圧を印加し、基板表面から金原子を電界蒸発さ
せて、目的座標に深さ０．４ナノメータのＣ₇₀分子の直
径に等しい穴６３を作製した。なお作製時の基板温度は
分子拡散を防ぐために液体ヘリウム温度（−２６８．
８）℃で行った。前述の穴の中心から２ナノメータの距
離に本実施例で用いた特願平３−２３５９６４号公報記
載のフラボチトクローム分子の形に相当する深さ０．３
５ナノメータの穴６４を回転体の穴を挟んで、３つの穴
が一直線上に並ぶように２個作製した（図１９
（ｂ））。

【０１３６】基板加工の方法としては、本実施例ではＳ
ＴＭによる原子の電界蒸発をおこなったが、そのほかに
いわゆる半導体の超微細加工の方法、例えばエキシマレ
ーザ、シンクロトロン放射光などを用いてもよい。ま
た、バッキーチューブと呼ばれる分子を加工して、リン
グ状の分子を作成したり、クラウンエーテルなどのリン
グ状分子を基板に配置させ、そこに電子素子を構成する
分子をはめ込んでもよい。またキセノンなどの吸着原
子、ベンゼンなどの吸着分子、あるいは基板を構成する
金原子をＳＴＭ探針を利用してうまく並べてやることに
より電子素子を構成する分子がうまく納まる構造を形成
してもよい。グラファイトを基板とし、さらに酸素雰囲
気下でＳＴＭを用いて電子素子の形に合わせて−３Ｖの
電圧を基板に印加することによって、印加した場所を酸
化し−Ｏ基をグラファイト上に付与し、これと電子素子
との結合を利用して電子素子分子を並べてもよい。他の
分子を用いることにより−ＣＯＯＨ基や−ＯＨ基を付与
することもできる。他の基板も同様である。印加する電
圧は−１００〜１００Ｖの範囲で適当に選べばよい。基
板と付与する置換基による。この置換基に前述のリング
状分子をつけ、さらに電子素子分子をはめ込んでもよ
い。

【０１３７】次に、上記基板上にＣ₇₀のアントラセン修
飾体６１とフラボチトクローム分子６２を極微量溶解さ
せたトルエン混合溶液を一滴滴下した（図１９
（ｃ））。乾燥させた後（図１９（ｄ））、基板上に残
った不要分子を除去するためにクロロホルムで二度洗浄
した。処理後の基板を超高真空ＳＴＭ装置に再設置し
た。ＳＴＭ観察により、図１９（ｅ）に示すような目的
構造を確認した。これは分子構造に相当する構造（鋳
型）をあらかじめ作製しているあめに、特定分子を配向
を制御して固定できる。さらに穴に納まり固定された分
子以外は溶媒で洗浄することにより除去されることにな
り、図１９（ｅ）に示すような構造を持つ素子を作製す
ることができる。

【０１３８】実施例１７．この実施例の電子素子は、図
２０に示すように、上記実施例１６において作製した電
子素子に実施例１４において用いた発光ダイオード５６
とＰＳＴＭ５７及び光プローブ５８を設けたものであ
る。ここでは、動作条件を室温としたこと以外は上記実
施例１５と全く同一の条件で実験を行った。図２１，図
２２はこの実験結果を図示したものである。この実験結
果では、蛍光消光の周期が長くなったが、その他は全く
同様の結果が得られた。これは動作温度が高くなり分子
運動が起こり易くなった以上に、回転体と基板との相互
作用が強まり回転運動が抑制されたためと考えられる。
本実施例においては、通常の素子の動作温度である室温
条件での分子レベルのエネルギー移動が確認された。

【０１３９】実施例１８．この実施例の電子素子は、上
記実施例１７において作製した電子素子に、静止体分子
から放出される電子を取り出すための電極、取り出した
電子を運搬するための配線、その電子を検出するための
検出器を設置したものである。

【０１４０】図２３において、７１はフラボチトクロー
ムに接続した白金電極、７２は白金電極７１に接続した
ポリアセチレン、７３ａ，７３ｂはそれぞれ電子を検出
するための２つの微小電流計７４ａ，７４ｂに接続する
ための電極である。

【０１４１】次にこの電子素子の動作について説明す
る。図２４，２５は実施例１５及び１７と同じ実験を行
った結果であり、発光ダイオードの光強度、回転体から
発生する蛍光の強度、電極７４ａ，７４ｂに接続した微
小電流計７３ａ，７３ｂの指示値の相関を示す応答曲線
である。本実施例で用いた微小電流計は市販のものと異
なり、電子１個の電荷量の一万分の一の精度で電荷量を
測定できる装置であり、市販品に対して数百万倍も高性
能である。図より光照射中、回転体から発する蛍光は回
転の半周期毎に消光し、それぞれの微小電流計の指示値
は、蛍光消光ピークから約１０ナノ秒経過後に極大値を
示し、極大値は必ずプラス側に生じ、一周期時間経過毎
に起こった。またこの値は電子１個分の電荷に相当し
た。また光を照射していない状態では微小電流計の指示
値は０のままであった。以上のことから、本実施例で作
製した素子が整流性を持つことが確認された。

【０１４２】次にこの電子素子の作製方法について説明
する。実施例１６で示した作製法に引き続いて行う。フ
ラボチトクロームへの白金電極７１の設置は、白金製Ｓ
ＴＭ探針６５先端の白金原子を目的位置で基板から１ｎ
ｍ離れたところに固定し、探針に１０Ｖ，５０ｎＡのパ
ルス電圧を与え白金原子を放射させて積層し作製した
（図２６（ａ））。同様の方法で電極７４ａ，７４ｂを
白金電極７１から５０ｎｍ離れたところに約３０倍の大
きさで作製し微小電流計との接続を可能にした。電極−
電極間の接続は、希薄なポリアセチレン溶液を滴下し、
ＳＴＭ探針６５で高分子鎖を電極まで導き、また不要な
ものは除去して作製した（図２６（ｂ））。

【０１４３】上記実施例では配線分子としてポリアセチ
レンを用いたが、他の導電性の高分子を用いてもよく、
例えばポリパラフェニレン、ポリピロール、ポリチオフ
ェンなどの芳香族性ポリマーを用いても同様の素子は作
製できる。また導電性の高分子ではなく、特願平３−２
６９４５０号に記載されているような、チトクロームｃ
などの電子伝達性蛋白質を配列させて配線してもよい。
伝達性を高めた人工蛋白質も同様である。あるいは電極
間を接続するのではなく、探針原子の電界放射により作
製した電極の幅を拡大し、微小電流計への接続が可能な
大きさまで拡大させればよい。

【０１４４】実施例１９．本実施例で用いた電子素子
は、実施例１７の構造を持つ素子に電界印加用の電極７
５を設置した構造を持つ。図２７は付設した電界印加用
電極の配置を示す上方図で残りの構成は、図２３と全く
同じである。図２８は本実施例で行った実験の発光ダイ
オードの光強度、回転体から発生する蛍光の強度、微小
電流計７３ａ，７３ｂの指示値の相関を示す応答曲線で
ある。この電極を用いて一定方向に電界を印加すること
で回転分子を光照射中でも静止状態とし機能団を任意の
配向に固定することができる。次にこの素子をメモリ素
子として用いる動作について説明する。本実施例では電
極に３Ｖのバイアス電圧を印加したまま、発光ダイオー
ドを１００ｎｓでパルス照射を１回行った。微小電流計
の指示値は微小電流計７３ｂのみパルス光に対応した極
大を示し、微小電流計７３ａは０のままであった。次に
もう一度パルス光照射を行った。蛍光消光は見られず、
今度は両方とも０のままであった。これは回転体が静止
状態でアントラセン基が静止体の方向を向いて固定して
おり、さらに電界印加により基板５２からの電子供与が
妨げられているので、静止体は還元状態、静止体は元の
ままの酸化状態として保持される。この２つの状態を
０、１状態とすれば２ビットの情報の書き込みが行われ
たことになる。読み出しはバイアス電圧をかけることな
しに、前述と同じ条件で光照射を行い電子移動の有無に
より行う。すなわち図２８に示すように還元状態にある
静止体は電子移動を行わず、酸化状態にある静止体のみ
が電子移動を行い、微小電流計７３ｂの指示値が振れ
た。以上のことから情報の読み出し，書き込みが可能と
なる。また情報の消去は還元状態にある静止体をすべて
酸化体に変換することで均一状態としリセットができ
る。配線を用いて逆バイアスを印加し電子供与を行えば
よい。

【０１４５】さらに、配線と静止体の間に電荷を蓄える
コンデンサを設けてもよい。コンデンサとしてはチトク
ロムｃ３などの多感能基電子伝達タンパク質を用いたと
ころ最大４個の電子を蓄えることができた。そのため、
読み出し時の静止体への影響を防止、読み出しの誤動作
を防止することなどの利点を得た。

【０１４６】実施例２０．本実施例では前記までの実施
例を用いて素子の集積化を行っていることを特徴とす
る。以下に素子の集積法についての例を示す。集積化に
ついては基本的に実施例１６に示した作製法を基本単位
として大面積化してやればよい。図２９（ａ）〜（ｆ）
に素子作製のプロセスの模式図を示す。基板５２の清浄
化を行い（同図（ａ））、目的構造の基本単位の分子鋳
型６３，６４を作製する（同図（ｂ））。次に素子を構
成する分子を含んだ混合溶液８１を基板５２上に滴下あ
るいは基板自身を溶液中に浸漬させた（同図（ｃ））。
基板５２表面の不要分子を洗浄除去、除去不可の分子は
ＳＴＭ探針６５などを用いて除去すればよい（同図
（ｄ））。ここまでのプロセスで回転体及び静止体の固
定が完了する（同図（ｅ））。分子サイズの白金電極７
１の設置は、白金製のＳＴＭ探針６５から原子放射によ
り積層し作製する（同図（ｆ））。それぞれの分子への
配線及び配線分子への電極の設置、電界印加用電極の設
置も前述と同様の方法で行えばよい。この方法を用いて
実施例６の構造を持つ素子を基本単位として１００個の
素子を同一基板上に作製した。本方法を用いて集積度を
上げればテラビット級の記憶能力を持つ素子を作製する
ことができる。

【０１４７】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、基板上に、電磁波または荷電粒子ビームのいずれか
を照射することにより励起状態となる分子または機能団
を有する回転体を回転可能に配置するように構成したの
で、微小機械の駆動源となる微小モーターが得られる効
果がある。また、該回転体近傍に、該回転体からエネル
ギーまたは電子の少なくとも一方を受け取る分子または
機能団を有する静止体を１つ以上配置するように構成し
たので、エネルギー移動または電子移動を高速で制御で
きる電子素子が得られる効果がある。

【０１４８】請求項２の発明によれば、前記回転体が、
励起状態となる照射エネルギーが互いに異なる複数の機
能団を有するように構成したので、回転を制御できる微
小モーターを有する電子素子が得られる効果がある。

【０１４９】請求項３の発明によれば、前記回転体の回
転軸の軸方向が前記基板の法線方向と一致するように構
成したので、回転効率の良い微小モーターを有する電子
素子が得られる効果がある。

【０１５０】請求項４の発明によれば回転母体に、電
磁波または荷電粒子ビームのいずれかを照射することに
より励起状態となる機能団を結合するように構成したの
で、微小機械の駆動源となる微小モーターを有する電子
素子が得られる効果がある。

【０１５１】請求項５の発明によれば、前記回転母体
を、電磁波または荷電粒子ビームのいずれかを照射する
ことにより構造が変化する構造異性体のように構成した
ので、回転の異なる微小モーターを有する電子素子が得
られる効果がある。

【０１５２】請求項６の発明によれば、前記静止体を、
静止母体に、前記回転体からエネルギーまたは電子の少
なくとも一方を受け取る機能団を結合するように構成し
たので、エネルギー移動または電子移動を制御できる電
子素子が得られる効果がある。

【０１５３】請求項７の発明によれば、前記回転体と、
該回転体を支持する支持体を１つの分子により構成した
ので、回転体の回転軸を安定させることができ、回転が
安定した微小モーターを有する電子素子が得られる効果
がある。

【０１５４】請求項８の発明によれば、前記回転体を錯
体とし、該回転体の回転軸を前記錯体の中心金属への２
個の配位子とするように構成したので、吸収波長、発光
波長、酸化還元電位を自由に制御することができる微小
モーターを有する電子素子が得られる効果がある。

【０１５５】請求項９の発明によれば、前記回転体を、
２個の単結合により支持体に結合された機能団または該
機能団を含む分子団のいずれかとし、これら２個の単結
合を該回転体の回転軸とするように構成したので、回転
体の回転軸を安定させることができ、回転が安定した微
小モーターを有する電子素子が得られる効果がある。

【０１５６】請求項１０の発明によれば、前記回転体
を、球殻を有する分子に、電磁波または荷電粒子ビーム
のいずれかを照射することにより励起状態となる機能団
を結合するように構成したので、高速で一軸回転する微
小モーターを有する電子素子が得られ効果がある。

【０１５７】請求項１１の発明によれば、前記静止体を
複数、前記回転体の回転軸から等距離の位置に、該回転
体に対して一定の配向を有するように、かつ該回転軸と
互いに隣接する２つの静止体それぞれとのなす角が一定
であるように配置するように構成したので、エネルギー
移動または電子移動を精度よく制御できる電子素子が得
られる効果がある。

【０１５８】請求項１２の発明によれば、前記静止体
を、酸化還元機能団を複数保持する分子、分子集合体、
機能団集合体のいずれか１種とし、前記酸化還元機能団
は、前記回転体から電子またはエネルギーの少なくとも
一方を受け取る第１の酸化還元機能団と、該第１の酸化
還元機能団から電子を受け取る第２の酸化還元機能団と
を備えるように構成したので、エネルギー移動または電
子移動を精度よく制御できる電子素子が得られる効果が
ある。

【０１５９】請求項１３の発明によれば、前記静止体
が、電子伝達機能を有する生体高分子材料またはその一
部を改変した改変生体高分子材料のいずれかを有するよ
うに構成したので、数ナノメーター〜数百ナノメーター
レベルの空間におけるエネルギー移動または電子移動を
秩序正しく行うことができる電子素子が得られる効果が
ある。

【０１６０】請求項１４の発明によれば、前記回転体
と、前記静止体と、これらを支持する支持体とを１つの
分子により構成したので、回転体の回転軸を安定させる
ことができ、回転が安定した微小モーターが得られ、さ
らにエネルギー移動または電子移動を精度よく制御でき
る電子素子が得られる効果がある。

【０１６１】請求項１５の発明によれば、前記電子素子
を構成する分子と特異的結合を起こす置換基を基板また
は電極に設け、前記回転体と静止体を一定の配向を持た
せて前記基板上または電極上に配置するように構成した
ので、エネルギー移動または電子移動を精度よく制御で
きる電子素子が得られる効果がある。

【０１６２】請求項１６の発明によれば、前記特異的結
合を、疎水結合、イオン結合、ファンデルクールスカに
よる結合のいずれか１種であるように構成したので、エ
ネルギー移動または電子移動を精度よく制御できる電子
素子が得られる効果がある。

【０１６３】請求項１７の発明によれば、前記静止体近
傍に、該静止体から電子を受け取るか、または該静止体
に電子を供給することにより電荷を蓄積する部材を配置
するように構成したので、静止体の誤動作を防止するこ
とができ、したがってエネルギー移動または電子移動を
精度よく制御でき、しかも誤動作のない電子素子が得ら
れる効果がある。

【０１６４】請求項１８の発明によれば、基板上または
電極上に、球殻を有する分子からなる回転体の少なくと
も一部分を収納し該分子を回転可能に支持する凹部を有
する構造体を設けるように構成したので、前記回転体を
所定の位置に安定させることがでる効果がある。

【０１６５】請求項１９の発明によれば、前記回転体
が、電磁波または荷電粒子ビームのいずれかを照射する
ことにより励起状態となる分子または機能団を有するよ
うに構成したので、所定の位置に安定させることがで
き、しかも高速で一軸回転する微小モーターを有する電
子素子が得られる効果がある。

【０１６６】請求項２０発明によれば、前記凹部を、前
記基板または電極を構成する原子を選択除去した凹面で
あるように構成したので、電子素子の小型化ができる効
果がある。

【０１６７】請求項２１の発明によれば、前記凹部を、
前記基板上または電極上に環状の分子を配置して構成し
たので、電子素子の小型化ができる効果がある。

【０１６８】請求項２２の発明によれば、請求項１ない
し１４または１７のいずれか１項記載の電子素子を構成
する分子を、親水基と疎水基を有する分子からなる膜に
吸着させ、前記電子素子を構成する分子間の吸着能によ
り、該分子が一定の配向を有するようにしたので、超高
密度に集積化した集積化電子素子が得られる効果があ
る。

【０１６９】請求項２３の発明によれば、請求項１ない
し１４または１７のいずれか１項記載の電子素子を基板
上または電極上に複数個配列するように構成したので、
超高密度に集積化した集積化電子素子が得られる効果が
ある。

【０１７０】請求項２４の発明によれば、請求項１ない
し１４または１７のいずれか１項記載の電子素子を１つ
以上の細線状の電極上に配列し、該電子素子上に１つ以
上の細線状の電極を設けるように構成したので、電子素
子のおかれる電場の方向及び大きさを任意に制御するこ
とができる超高密度の集積化電子素子が得られる効果が
ある。

【０１７１】請求項２５の発明によれば、前記回転体の
配向を制御することにより、回転体から複数の静止体の
うち一部の静止体へのエネルギー移動速度または電子移
動速度を他の静止体への移動速度より大きくし、前記回
転体に電磁波または荷電粒子ビームのいずれかを照射す
ることにより該回転体を励起状態とし、この励起エネル
ギーまたは励起電子を前記一部の静止体のみへ移動させ
て該静止体を励起または還元させ、該静止体のみが電極
と電子の授受を行うように構成したので、高速スイッチ
ング動作を行うことができる効果がある。

【０１７２】請求項２６の発明によれば、前記回転体の
配向を制御することにより、回転体から複数の静止体の
うち一部の静止体へのエネルギー移動速度を他の静止体
への移動速度より大きくし、前記回転体に電磁波または
荷電粒子ビームのいずれかを照射することにより該回転
体を励起状態とし、この励起エネルギーを前記一部の静
止体のみへ移動させて該静止体を励起させ、該静止体の
みが構造を変化させるか、電極から電子を受け取ること
により還元されるか、電極に電子を渡して酸化されるか
のいずれかにより情報の書き込みを行うように構成した
ので、高速で情報の書き込みができる効果がある。

【０１７３】請求項２７の発明によれば、様々に配向し
ている前記静止体に偏光制御した電磁波を照射し、前記
静止体のうち一部の静止体の電子を励起し、該静止体の
みが電極から電子を受け取ることにより還元されるか、
電極に電子を渡して酸化されるか、構造を変化させるか
のいずれかにより情報の書き込みを行うように構成した
ので、高速で情報の書き込みができる効果がある。

【０１７４】請求項２８の発明によれば、前記静止体に
電場、磁場または熱のいずれか１種を加えるか、もしく
は電磁波または電子線のいずれか１種を照射することに
より、前記静止体の酸化還元電位または構造のいずれか
を変化させるように構成したので、高速で情報の書き込
みができる効果がある。

【０１７５】請求項２９の発明によれば、前記静止体に
電場、磁場または熱のいずれか１種を加えるか、もしく
は電磁波または電子線のいずれか１種を照射することに
より、前記静止体の酸化還元電位または構造のいずれか
を変化させ、前記静止体を情報の書き込み前の状態に戻
すように構成したので、高速で情報の消去ができる効果
がある。

【０１７６】請求項３０の発明によれば、前記電子素子
を挟む２つの電極間に電圧を印加するか、または前記静
止体近傍の電極に電位を印加することにより、静止体か
ら電極へまたは電極から静止体へのいずれかの方向に電
子を移動させ、酸化状態または還元状態の静止体を情報
の書き込み前の状態に戻すように構成したので、高速で
情報の消去ができる効果がある。

【０１７７】請求項３１の発明によれば、前記電子素子
を挟む２つの電極間に電圧を印加するか、または前記静
止体近傍の電極に電位を印加することにより、静止体か
ら電極へまたは電極から静止体へのいずれかの方向に電
子を移動させ、酸化状態または還元状態の静止体の数
を、電流または移動電子数のいずれかにより検知するよ
うに構成したので、高速で情報の読み出しができる効果
がある。

【０１７８】請求項３２の発明によれば、前記回転体の
配向を制御することにより、該回転体と一部の静止体と
の間の相互作用を大きくし、電極から該静止体、他の電
極へと向かう方向、または電極から該静止体、回転体、
他の電極へと向かう方向、あるいはその逆方向の電流ま
たは移動電子数のいずれかを検知することにより、該静
止体の酸化還元状態または構造を変化させることなく該
静止体の酸化還元状態または構造を検知するように構成
したので、高速で情報の読み出しができる効果がある。

【０１７９】請求項３３の発明によれば、前記回転体の
配向を制御することにより、一部の静止体と前記回転体
との間、または一部の静止体と電極との間の電子移動速
度を他の静止体との電子移動速度より大きくし、電極か
ら該静止体へ直接または回転体を介して電子を移動させ
ることにより該静止体を酸化し、該回転体近傍の静止体
のうち、酸化または還元可能な数を電極において電流ま
たは移動電子数として検知するように構成したので、高
速で情報の読み出しができる効果がある。

【０１８０】請求項３４の発明によれば、前記回転体の
配向を制御することにより、一部の静止体と該回転体と
の間の相互作用を他の静止体と回転体との相互作用より
大きくするか小さくし、前記静止体にエネルギービーム
を照射し、回転体の配向に依存する該静止体の発光挙動
を検知することにより、該静止体の酸化還元状態または
構造を検知するように構成したので、高速で情報の読み
出しができる効果がある。

【０１８１】請求項３５の発明によれば、前記回転体の
配向を制御することにより、一部の静止体と該回転体と
の間の相互作用を他の静止体と回転体との相互作用より
大きくするかまたは小さくし、該静止体の酸化還元状態
または構造に応じて回転体の発光挙動が変化することに
より、該回転体にエネルギービームを照射し、該回転体
の発光挙動を検知して該静止体の酸化還元状態または構
造を検知するように構成したので、高速で情報の読み出
しができる効果がある。

【０１８２】請求項３６の発明によれば、前記回転体に
印加する電場または磁場を変化させるように構成したの
で、該回転体の配向を制御することができ、したがって
該回転体の回転速度を制御できる効果がある。

【０１８３】請求項３７の発明によれば、前記回転体に
電磁波または荷電粒子ビームの少なくとも一方を照射す
るか、または該回転体を熱することにより該回転体を回
転させ、さらに回転体の温度、回転体に印加する電場ま
たは磁場、回転体に照射する荷電粒子ビームの強度また
は方向、回転体に照射する電磁波の波長の少なくとも１
つを変化させることにより、該回転体の回転速度を制御
し、任意の時間における回転体の配向を知り該回転体の
配向を制御するように構成したので、該回転体の回転速
度を制御できる効果がある。

【０１８４】請求項３８の発明によれば、前記回転体
に、パルス状の電磁波または荷電粒子ビームを照射し、
該パルスの強度、時間幅、間隔、数から該回転体の配向
を知り、該回転体の配向を制御するように構成したの
で、該回転体の回転速度を制御できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１による電子素子を示す基本
構成図である。

【図２】この発明の実施例１による電子素子の基本構成
とエネルギー準位を示す図である。

【図３】この発明の実施例１による電子素子のパルスに
対する入出力関係を示す図である。

【図４】この発明の実施例２による電子素子を示す模式
図である。

【図５】この発明の実施例２の電子素子の変形例を示す
模式図である。

【図６】この発明の実施例２の電子素子の他の変形例を
示す模式図である。

【図７】この発明の実施例２の電子素子の他の変形例を
示す模式図である。

【図８】この発明の実施例２の電子素子の他の変形例を
示す模式図である。

【図９】この発明の実施例３による集積化電子素子の模
式図である。

【図１０】この発明の実施例４の集積化電子素子への情
報の書き込みを示す模式図である。

【図１１】この発明の実施例６の集積化電子素子への情
報の書き込みを示す模式図である。

【図１２】この発明の実施例８の集積化電子素子への情
報の読み出しにおける回転体の配向と検知される電流の
関係を示す図である。

【図１３】本発明の実施例１３による電子素子を示す断
面模式図である。

【図１４】本発明の実施例１４による電子素子を示す断
面模式図である。

【図１５】本発明の実施例１４による電子素子の回転体
の発光特性を示す図である。

【図１６】本発明の実施例１５による電子素子を示す断
面模式図である。

【図１７】本発明の実施例１５の電子素子の発光ダイオ
ードの出力と回転体の発光特性の関係を示す図である。

【図１８】本発明の実施例１５の電子素子の発光ダイオ
ードの出力と回転体の発光特性の関係を示す図である。

【図１９】本発明の実施例１６における電子素子の作製
方法を示す過程図である。

【図２０】本発明の実施例１７による電子素子を示す断
面模式図である。

【図２１】本発明の実施例１７の電子素子の発光ダイオ
ードの出力と回転体の発光特性の関係を示す図である。

【図２２】本発明の実施例１７の電子素子の発光ダイオ
ードの出力と回転体の発光特性の関係を示す図である。

【図２３】本発明の実施例１８による電子素子を示す断
面模式図である。

【図２４】本発明の実施例１８の電子素子の発光ダイオ
ードの出力と回転体の発光特性と微小電流計値の関係を
示す図である。

【図２５】本発明の実施例１８の電子素子の発光ダイオ
ードの出力と回転体の発光特性と微小電流計値の関係を
示す図である。

【図２６】本発明の実施例１８による電子素子の作製方
法を示す過程図である。

【図２７】本発明の実施例１９による電子素子の付設部
を示す上方模式図である。

【図２８】本発明の実施例１９による電子素子の情報の
書き込み、読み出し特性を示す図である。

【図２９】本発明の実施例２０による電子素子の集積化
の方法を示す過程図である。

【図３０】従来のＭＯＳ構造の整流素子を示す断面模式
図である。

【図３１】従来の光変調オーバーライト方式を用いた光
磁気ディスクを示す構造模式図である。

【符号の説明】

２１回転体２２ａ〜２２ｄ静止体２３基板２４法線（対称軸）２５回転母体２６静止母体２７，２８分子鋳型２９，３０光励起性の機能団３１回転体３２ａ〜３２ｄ静止体３３，３４梯子状有機体３５網目状有機体３６有機分子３７単結合３８支持体４０酸化還元機能団４１静止体４２基板４３，４４ストライプ電極４５ａ〜４５ｄ電極４８ａ〜４８ｃ静止体５２基板５３Ｃ₇₀分子５４アントラセン分子５５フラビン単体５６発光ダイオード５７ＰＳＴＭ５８光プローブ６１Ｃ₇₀のアントラセン修飾体６２フラボチトクローム分子６３，６４分子鋳型６５ＳＴＭ探針７１白金電極７２ポリアセチレン７３ａ，７３ｂ微小電流計７４電極８１混合溶液

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年９月２８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００３

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００３】また従来用いられている記憶素子として
は、半導体メモリー、光ディスクがある。半導体メモリ
ーにおいては、現在２５６メガビットＤＲＡＭのものが
製造可能となっており、これは線幅約０．２μｍに対応
する。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２３】また、請求項１６の発明に係る電子素子
は、前記特異的結合を、疎水結合、イオン結合、ファン
デルワールス力による結合のいずれか１種としたもので
ある。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４８】また、請求項３の発明における電子素子
は、前記回転体の回転軸の軸方向が前記基板の法線方向
と一致することにより、回転効率の高い微小モーターを
有する電子素子が可能になる。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５０】また、請求項５の発明における電子素子
は、前記回転母体を、電磁波または荷電粒子ビームのい
ずれかを照射することにより構造が変化する構造異性体
としたことにより、回転方向の異なる微小モーターを有
する電子素子が可能になる。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５４】また、請求項９の発明における電子素子
は、前記回転体を、支持体に結合された機能団または該
機能団を含む分子団のいずれかとし、これら２個の単結
合を該回転体の回転軸としたことにより、回転体の回転
軸が安定する。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６１】また、請求項１６の発明における電子素子
は、前記特異的結合を、疎水結合、イオン結合、ファン
デルワールス力による結合のいずれか１種としたことに
より、エネルギー移動または電子移動を精度よく制御で
きる電子素子が可能になる。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００８７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００８７】ここで、この発明に至った経緯及びこの発
明の背景等について説明する。例えば、植物の葉緑体で
は集光蛋白質複合体と光合成反応中心蛋白質複合体とが
共同して太陽エネルギーから化学エネルギーに高効率に
変換する光合成の初期過程を担っている。この初期過程
において、集光蛋白質複合体は吸収した光エネルギー
を、秩序を持って並んでいる色素機能団を使って決まっ
た経路に沿って移動させ、最終的に反応中心蛋白質のク
ロロフィルに渡している。また、反応中心蛋白質ではエ
ネルギーを受け取ることをきっかけに、電子移動が、空
間的に秩序を持って配置された酸化還元機能団を通って
起こる。この数ナノメータ〜数百ナノメータレベルの空
間における秩序正しいエネルギー移動及び電子移動は色
素機能団または酸化還元機能団の決まった化学的性質、
位置、距離、配向、環境に基づくものである。なお、色
素機能団と酸化還元機能団は同一のこともある。従っ
て、人工的に一定の空間内に、機能団をその化学的性
質、位置、距離、配向、環境を考慮して配置し、さらに
外部から位置、配向、環境を制御することにより、数百
ナノメータレベル以下の空間におけるエネルギー移動、
電子移動を制御でき、それらを利用して、電子素子が得
られる。

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１２５

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１２５】次にこの電子素子の動作方法について説明
する。図１５はＰＳＴＭ３７により検出された蛍光の強
度の時間変化を示したものである。ここでは、素子は真
空中−１９８℃に保持した。発光ダイオードの出力は１
μＷである。図１５より蛍光消光の周期が１００ナノ秒
であることが確認された。回転体のみの構成では蛍光消
光の寿命は１０マイクロ秒であり、本実施例における回
転体の蛍光消光の寿命が短くなっているのは、静止体へ
蛍光エネルギーが吸収されているためである。このこと
から本実施例で用いた電子素子は分子レベルの微細な領
域においてエネルギー移動を行っていることが確認され
た。また、この温度での¹³ＣＮＭＲの測定結果より得
られた光照射中のＣ₇₀修飾体の回転周期は約１００ナノ
秒であり、これは蛍光消光の寿命と対応していると考え
られ、蛍光消光が回転体の回転速度に依存していること
が確認された。

【手続補正１１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１６２

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１６２】請求項１６の発明によれば、前記特異的結
合を、疎水結合、イオン結合、ファンデルワールス力に
よる結合のいずれか１種であるように構成したので、エ
ネルギー移動または電子移動を精度よく制御できる電子
素子が得られる効果がある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者花里善夫尼崎市塚口本町８丁目１番１号三菱電機株式会社中央研究所内 (72)発明者西川智志尼崎市塚口本町８丁目１番１号三菱電機株式会社中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、電磁波または荷電粒子ビーム
のいずれかを照射することにより励起状態となる分子ま
たは機能団を有し、基板上に回転可能に配置された回転
体と、該回転体近傍に１つ以上配置され、該回転体から
エネルギーまたは電子の少なくとも一方を受け取る分子
または機能団を有する静止体とを備えた電子素子。
【請求項２】前記回転体は、励起状態となる照射エネ
ルギーが互いに異なる複数の機能団を有することを特徴
とする請求項１記載の電子素子。
【請求項３】前記回転体の回転軸は、その軸方向が前
記基板の法線方向と一致することを特徴とする請求項１
または２のいずれか１項記載の電子素子。
【請求項４】前記回転体は、回転母体に、電磁波また
は荷電粒子ビームのいずれかを照射することにより励起
状態となる機能団を結合したことを特徴とする請求項１
ないし３のいずれか１項記載の電子素子。
【請求項５】前記回転母体は、電磁波または荷電粒子
ビームのいずれかを照射することにより構造が変化する
構造異性体であることを特徴とする請求項４記載の電子
素子。
【請求項６】前記静止体は、静止母体に、前記回転体
からエネルギーまたは電子の少なくとも一方を受け取る
機能団を結合したことを特徴とする請求項１ないし３の
いずれか１項記載の電子素子。
【請求項７】前記回転体と、該回転体を支持する支持
体を１つの分子により構成したことを特徴とする請求項
１ないし３のいずれか１項記載の電子素子。
【請求項８】前記回転体を錯体とし、該回転体の回転
軸を前記錯体の中心金属への２個の配位子としたことを
特徴とする請求項７記載の電子素子。
【請求項９】前記回転体を、２個の単結合により支持
体に結合された機能団または該機能団を含む分子団のい
ずれかとし、これら２個の単結合を該回転体の回転軸と
したことを特徴とする請求項１、２、３または７のいず
れか１項記載の電子素子。
【請求項１０】前記回転体は、球殻を有する分子に、
電磁波または荷電粒子ビームのいずれかを照射すること
により励起状態となる機能団を結合したことを特徴とす
る請求項１ないし３のいずれか１項記載の電子素子。
【請求項１１】前記静止体を複数、前記回転体の回転
軸から等距離の位置に、該回転体に対して一定の配向を
有するように、かつ該回転軸と互いに隣接する２つの静
止体それぞれとのなす角が一定であるように配置したこ
とを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項記載
の電子素子。
【請求項１２】前記静止体を、酸化還元機能団を複数
保持する分子、分子集合体、機能団集合体のいずれか１
種とし、前記酸化還元機能団は、前記回転体から電子ま
たはエネルギーの少なくとも一方を受け取る第１の酸化
還元機能団と、該第１の酸化還元機能団から電子を受け
取る第２の酸化還元機能団とを備えたことを特徴とする
請求項１ないし１１のいずれか１項記載の電子素子。
【請求項１３】前記静止体は、電子伝達機能を有する
生体高分子材料またはその一部を改変した改変生体高分
子材料のいずれかを有することを特徴とする請求項１な
いし１１のいずれか１項記載の電子素子。
【請求項１４】前記回転体と、前記静止体と、これら
を支持する支持体とを１つの分子により構成したことを
特徴とする請求項１、２、３または１１のいずれか１項
記載の電子素子。
【請求項１５】前記電子素子を構成する分子と特異的
結合を起こす置換基を基板または電極に設け、前記回転
体と静止体を一定の配向を持たせて前記基板上または電
極上に配置したことを特徴とする請求項１ないし１４の
いずれか１項記載の電子素子。
【請求項１６】前記特異的結合は、疎水結合、イオン
結合、ファンデルクールスカによる結合のいずれか１種
であることを特徴とする請求項１５記載の電子素子。
【請求項１７】前記静止体近傍に、該静止体から電子
を受け取るか、または該静止体に電子を供給することに
より電荷を蓄積する部材を配置したことを特徴とする請
求項１ないし１６のいずれか１項記載の電子素子。
【請求項１８】基板上または電極上に、球殻を有する
分子からなる回転体の少なくとも一部分を収納し該回転
体を回転可能に支持する凹部を有する構造体を設けたこ
とを特徴とする電子素子。
【請求項１９】前記回転体は、電磁波または荷電粒子
ビームのいずれかを照射することにより励起状態となる
分子または機能団を有することを特徴とする請求項１８
記載の電子素子。
【請求項２０】前記凹部は、前記基板または電極を構
成する原子を選択除去した凹面であることを特徴とする
請求項１８記載の電子素子。
【請求項２１】前記凹部は、前記基板上または電極上
に環状の分子を配置して構成したことを特徴とする請求
項１８記載の電子素子。
【請求項２２】請求項１ないし１４または１７のいず
れか１項記載の電子素子を構成する分子を、親水基と疎
水基を有する分子からなる膜に吸着させ、前記電子素子
を構成する分子間の吸着能により、該分子が一定の配向
を有するようにしたことを特徴とする集積化電子素子。
【請求項２３】請求項１ないし１４または１７のいず
れか１項記載の電子素子を基板上または電極上に複数個
配列したことを特徴とする集積化電子素子。
【請求項２４】請求項１ないし１４または１７のいず
れか１項記載の電子素子を１つ以上の細線状の電極上に
配列し、該電子素子上に１つ以上の細線状の電極を設け
たことを特徴とする集積化電子素子。
【請求項２５】前記回転体の配向を制御することによ
り、回転体から複数の静止体のうち一部の静止体へのエ
ネルギー移動速度または電子移動速度を他の静止体への
移動速度より大きくし、前記回転体に電磁波または荷電
粒子ビームのいずれかを照射することにより該回転体を
励起状態とし、この励起エネルギーまたは励起電子を前
記一部の静止体のみへ移動させて該静止体を励起または
還元させ、該静止体のみが電極と電子の授受を行うこと
によりスイッチングを行うことを特徴とする請求項１な
いし１４、１７、２３または２４のいずれか１項記載の
電子素子または集積化電子素子の使用方法。
【請求項２６】前記回転体の配向を制御することによ
り、回転体から複数の静止体のうち一部の静止体へのエ
ネルギー移動速度を他の静止体への移動速度より大きく
し、前記回転体に電磁波または荷電粒子ビームのいずれ
かを照射することにより該回転体を励起状態とし、この
励起エネルギーを前記一部の静止体のみへ移動させて該
静止体を励起させ、該静止体のみが構造を変化させる
か、電極から電子を受け取ることにより還元されるか、
電極に電子を渡して酸化されるかのいずれかにより情報
の書き込みを行うことを特徴とする請求項１ないし１
４、１７、２３または２４のいずれか１項記載の電子素
子または集積化電子素子の使用方法。
【請求項２７】様々に配向している前記静止体に偏光
制御した電磁波を照射し、前記静止体のうち一部の静止
体の電子を励起し、該静止体のみが電極から電子を受け
取ることにより還元されるか、電極に電子を渡して酸化
されるか、構造を変化させるかのいずれかにより情報の
書き込みを行うことを特徴とする請求項１ないし１４、
１７、２３または２４のいずれか１項記載の電子素子ま
たは集積化電子素子の使用方法。
【請求項２８】前記静止体に電場、磁場または熱のい
ずれか１種を加えるか、もしくは電磁波または電子線の
いずれか１種を照射することにより、前記静止体の酸化
還元電位または構造のいずれかを変化させ、情報の書き
込みを行うことを特徴とする請求項１ないし１４、１
７、２３または２４のいずれか１項記載の電子素子また
は集積化電子素子の使用方法。
【請求項２９】前記静止体に電場、磁場または熱のい
ずれか１種を加えるか、もしくは電磁波または電子線の
いずれか１種を照射することにより、前記静止体の酸化
還元電位または構造のいずれかを変化させ、前記静止体
を情報の書き込み前の状態に戻すことにより情報を消去
することを特徴とする請求項１ないし１４、１７、２３
または２４のいずれか１項記載の電子素子または集積化
電子素子の使用方法。
【請求項３０】前記電子素子を挟む２つの電極間に電
圧を印加するか、または前記静止体近傍の電極に電位を
印加することにより、静止体から電極へまたは電極から
静止体へのいずれかの方向に電子を移動させ、酸化状態
または還元状態の静止体を情報の書き込み前の状態に戻
すことにより情報を消去することを特徴とする請求項１
ないし１４、１７、２３または２４のいずれか１項記載
の電子素子または集積化電子素子の使用方法。
【請求項３１】前記電子素子を挟む２つの電極間に電
圧を印加するか、または前記静止体近傍の電極に電位を
印加することにより、静止体から電極へまたは電極から
静止体へのいずれかの方向に電子を移動させ、酸化状態
または還元状態の静止体の数を、電流または移動電子数
のいずれかにより検知し情報を読み出すことを特徴とす
る請求項１ないし１４、１７、２３または２４のいずれ
か１項記載の電子素子または集積化電子素子の使用方
法。
【請求項３２】前記回転体の配向を制御することによ
り、該回転体と一部の静止体との間の相互作用を大きく
し、電極から該静止体、他の電極へと向かう方向、また
は電極から該静止体、回転体、他の電極へと向かう方
向、あるいはその逆方向の電流または移動電子数のいず
れかを検知することにより、該静止体の酸化還元状態ま
たは構造を変化させることなく該静止体の酸化還元状態
または構造を検知し、情報を読み出すことを特徴とする
請求項１ないし１４、１７、２２ないし２４のいずれか
１項記載の電子素子または集積化電子素子の使用方法。
【請求項３３】前記回転体の配向を制御することによ
り、一部の静止体と前記回転体との間、または一部の静
止体と電極との間の電子移動速度を他の静止体との電子
移動速度より大きくし、電極から該静止体へ直接、また
は回転体を介して電子を移動させることにより該静止体
を酸化し、該回転体近傍の静止体のうち、酸化または還
元可能な数を電極において電流または移動電子数として
検知し、情報を読み出すことを特徴とする請求項１ない
し１４、１７、２３または２４のいずれか１項記載の電
子素子または集積化電子素子の使用方法。
【請求項３４】前記回転体の配向を制御することによ
り、一部の静止体と該回転体との間の相互作用を他の静
止体と回転体との相互作用より大きくするか小さくし、
前記静止体にエネルギービームを照射し、回転体の配向
に依存する該静止体の発光挙動を検知することにより、
該静止体の酸化還元状態または構造を検知し、情報を読
み出すことを特徴とする請求項１ないし１４、１７、２
３または２４のいずれか１項記載の電子素子または集積
化電子素子の使用方法。
【請求項３５】前記回転体の配向を制御することによ
り、一部の静止体と該回転体との間の相互作用を他の静
止体と回転体との相互作用より大きくするかまたは小さ
くし、該静止体の酸化還元状態または構造に応じて回転
体の発光挙動が変化することにより、該回転体にエネル
ギービームを照射し、該回転体の発光挙動を検知して該
静止体の酸化還元状態または構造を検知し、情報を読み
出すことを特徴とする請求項１ないし１４、１７、２３
または２４のいずれか１項記載の電子素子または集積化
電子素子の使用方法。
【請求項３６】前記回転体に印加する電場または磁場
を変化させることにより、該回転体の配向を制御するこ
とを特徴とする請求項２５、２６、３２ないし３５のい
ずれか１項記載の電子素子または集積化電子素子の使用
方法。
【請求項３７】前記回転体に電磁波または荷電粒子ビ
ームの少なくとも一方を照射するか、または該回転体を
熱することにより該回転体を回転させ、さらに、回転体
の温度、回転体に印加する電場または磁場、回転体に照
射する荷電粒子ビームの強度または方向、回転体に照射
する電磁波の波長の少なくとも１つを変化させることに
より、該回転体の回転速度を制御し、任意の時間におけ
る回転体の配向を知り該回転体の配向を制御することを
特徴とする請求項２５、２６、３２ないし３５のいずれ
か１項記載の電子素子または集積化電子素子の使用方
法。
【請求項３８】前記回転体に、パルス状の電磁波また
は荷電粒子ビームを照射し、該パルスの強度、時間幅、
間隔、数から該回転体の配向を知り、該回転体の配向を
制御することを特徴とする請求項２５、２６、３２ない
し３５のいずれか１項記載の電子素子または集積化電子
素子の使用方法。