2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of STM-based Helium-free spectroscopy and measurements for electronic states of organic semiconductors
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16K05656
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
山田 剛司 大阪大学, 理学研究科, 助教 (90432468)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 走査トンネル顕微鏡 / 有機半導体 / 2光子光電子分光 / 電子状態 / 非占有準位 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
走査トンネル顕微鏡(STM)を用いて単一分子の電子状態計測を行う場合、熱ノイズ、熱ドリフト等、熱に起因する様々な問題を避けるため、STM本体を液体ヘリウムで冷却した極低温環境が必要不可欠とされてきた。直近の状況を鑑みると，液体ヘリウムの価格は上昇しつつあり，今後の確保が不透明である可能性も指摘されている。本研究では液体ヘリウムを使用しないSTM単一分子分光法の開発を試み、固体表面上に吸着した有機半導体分子の電子状態を単一分子レベルから評価できるようにすることを目的としている。
前年度までにおいては、有機半導体(鉛フタロシアニン，ルブレン)による2次元薄膜の作成と、局所分光計測を行ってきた。本年度は，ペリレン超薄膜をもちいた構造観察ならびに局所分光に着手した。単層膜からなる超薄膜をフェムト秒レーザーで励起すると、波長600nm程度の可視光が蛍光放出されることをすでに見出しており，構造と電子状態の相関に興味がもたれる。蛍光スペクトルを解析すると、薄膜形成時に分子が2量体を形成していることが示唆されたが、実空間での情報は得られていなかった。
本年度は、STMや低速電子線回折を用いることで単一分子レベルでその2量体構造を初めて明らかにすることができた。この構造には温度依存性があり，180K程度で構造相転移を起こすことも明らかになった。STMを用いた局所分光ではマクロスケール分光である，2光子光電子分光と良い一致が見られ，ヘリウム温度でなくとも単一分子レベルで電子状態が評価できていることが示された。統合的な結果により，光子放出の機構と分子レベルで見た構造とをリンクさせて理解することができるようになった。
また，最終年度に当たる今年度は研究経費の一部を用いて研究内容に関する国際シンポジウムを行い，国内外の研究者との意見交換を通して研究の取りまとめを行うことができた。
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Research Products
(14 results)
