村田靖次郎 化学研究所教授、橋川祥史 同助教、平川一彦 東京大学教授、杜少卿 同特任助教、平山祥郎 東北大学総長特命教授、橋本克之 同助教らの研究グループは、電流計測により水分子の回転運動の検出に成功しました。
近年、量子情报処理技术において、分子や原子の量子状态に情报を担わせることが検讨されています。1个の酸素原子と2个の水素原子からなる水分子（贬2翱）は构造の単纯さゆえ、量子技术への応用に适しています。しかし、これまでは、水分子同士が形成する水素结合のために、単一の水分子の量子状态を测定することは困难でした。
今回、1个の水分子がカゴ状のフラーレン分子に内包された贬2O@C60分子に、原子スケールのギャップを持つ电极を形成し、贬2O@C60単一分子トランジスタ构造に流れるトンネル电流を计测することにより、水分子がフラーレン分子内で行なう量子力学的な回転运动の検出に成功しました。
水分子には、2个の水素原子の核スピンの向きが平行な状态（オルソ）と反平行な状态（パラ）の2つの核スピン异性体が存在することが知られていますが、贬2O@C60単一分子トランジスタに流れるトンネル电流から、2つの核スピン异性体の状态が数分以下の时间スケールで揺らいでいることを见出しました。
この计测技术は、単一分子?単一原子が持つ量子情报を読み出すための基盘技术となるもので、将来的には1个の原子が持つ量子状态を情报の媒体とする量子情报処理技术につながると期待されます。
本研究成果は、2021年12月2日に、国際学術誌「Nano Letters」のオンライン版に掲載されました。
図：（补）1苍尘以下のギャップを有する电极を単一贬2O@C60分子に形成し、さらにゲート電極も備えた単一分子トランジスタ構造（single molecule transistor；SMT）の概念図、（b）水分子の模式図
【顿翱滨】
Shaoqing Du, Yoshifumi Hashikawa, Haruka Ito, Katsushi Hashimoto, Yasujiro Murata, Yoshiro Hirayama, Kazuhiko Hirakawa (2021). Inelastic Electron Transport and Ortho–Para Fluctuation of Water Molecule in H?O@C?? Single Molecule Transistors. Nano Letters, 21(24), 10346–10353.
日刊工業新聞（1月11日 23面）に掲載されました。
