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Exciton engineering in molecular dimers using scanning tunneling luminescence spectroscopy

Research Project

Project/Area Number 20K22488
Research Category

Grant-in-Aid for Research Activity Start-up

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section 0402:Nano/micro science, applied condensed matter physics, applied physics and engineering, and related fields
Research InstitutionInstitute of Physical and Chemical Research

Principal Investigator

Kimura Kensuke  国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 基礎科学特別研究員 (70856773)

Project Period (FY) 2020-09-11 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords走査トンネル顕微鏡発光 / 単一分子科学 / 励起子 / 走査トンネル顕微鏡発光分光法 / 単一分子発光 / 励起子工学
Outline of Research at the Start

分子内に形成される励起子は、発光、光電効果、光化学反応といった様々な機能の根源である。本研究では、 Exciplexと呼ばれる2つの分子がナノメートルスケールで近接した際に形成される分子間励起子を、ナノメートルスケールの空間分解能で光学測定を可能とする走査トンネル顕微鏡(STM)をベースとした発光分光法を用いて詳細に調べ、励起子を自在に操る「励起子工学」の基礎学理の構築を目指す。

Outline of Final Research Achievements

Excitons, which are formed in a molecule when electrons and holes combine, are the source of various functions of molecules such as luminescence, photovoltaic effect, and photochemical reactions. In this study, I tried to investigate the exciton formation between p- and n-type hetero molecular dimers using luminescence measurements based on scanning tunneling microscopy, a microscope for visualizing a single molecule. In this study, I designed and constructed an evaporator to create molecular hetero dimers. After the end of the research period, I will continue optical measurements on the excitons formed in the model hetero molecular dimers.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

分子界面における励起子の挙動は様々な光化学機能の根源であり、これまで溶液系や固体凝集系における解析がなされてきた。本研究のように基板上にモデル分子系を作成し、光学測定を試みるアプローチはこれまでなく、新たな分子科学の展開ができると期待される。特に、本研究のモデル分子系は構造をよく規定出来ることから計算化学との親和性が高く、理論科学者との共同研究も進めている。モデル分子系における最適な空間配置を実験・理論の両面から理解することで新たな高効率な有機発光デバイスの実現に繋がると期待される。

Report

(3 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (5 results)

All 2022 2021 Other

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Orbital-resolved visualization of single-molecule photocurrent channels2022

    • Author(s)
      Imai-Imada Miyabi、Imada Hiroshi、Miwa Kuniyuki、Tanaka Yusuke、Kimura Kensuke、Zoh Inhae、Jaculbia Rafael B.、Yoshino Hiroko、Muranaka Atsuya、Uchiyama Masanobu、Kim Yousoo
    • Journal Title

      Nature

      Volume: 603 Issue: 7903 Pages: 829-834

    • DOI

      10.1038/s41586-022-04401-0

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Terahertz-Field-Driven Scanning Tunneling Luminescence Spectroscopy2021

    • Author(s)
      Kimura Kensuke、Morinaga Yuta、Imada Hiroshi、Katayama Ikufumi、Asakawa Kanta、Yoshioka Katsumasa、Kim Yousoo、Takeda Jun
    • Journal Title

      ACS Photonics

      Volume: 8 Issue: 4 Pages: 982-987

    • DOI

      10.1021/acsphotonics.0c01755

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] THz電場駆動トンネル電子により誘起される局在プラズモンからの発光観測2021

    • Author(s)
      木村謙介, 森永悠太, 今田裕, 片山郁文, 浅川寛太, 吉岡克将, 金有洙, 武田淳
    • Organizer
      日本物理学会2021秋季大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Investigation of luminescence from a localized plasmon induced by THz-field-driven tunneling electrons2021

    • Author(s)
      Kimura Kensuke、Morinaga Yuta、Imada Hiroshi、Katayama Ikufumi、Asakawa Kanta、Yoshioka Katsumasa、Kim Yousoo、Takeda Jun
    • Organizer
      応用物理学会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Remarks] テラヘルツ光により超高速に操られたトンネル電子が引き起こす発光を初観測

    • URL

      https://www.ynu.ac.jp/hus/koho/25853/detail.html

    • Related Report
      2020 Research-status Report

URL: 

Published: 2020-09-29   Modified: 2023-01-30  

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