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2020 Fiscal Year Annual Research Report

単原子レベルでの化学結合論の検証

Research Project

Project/Area Number 18H03859
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

杉本 宜昭  東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (00432518)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2022-03-31
Keywords走査プローブ顕微鏡
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、2つの原子の間に生じる化学結合エネルギーを計測することができる原子間力顕微鏡(AFM)を用いて、化学結合論を検証することを目的とする。そのために、AFMの探針先端の原子と表面の原子との間の距離を変えながら、2原子間に生じる化学結合エネルギーを精密に計測する。様々な元素の原子対を用いることによって、化学結合に含まれるイオン性・金属性、また結合の方向性など、化学結合論の根幹をなす概念を検証し、それらの適用範囲を調べる。共有結合エネルギーは、原子軌道の化学状態に依存する。例えば、s軌道、sp3混成軌道、p軌道のように原子軌道の波動関数が異なると、共有結合エネルギーが変化すると予想される。そこで、これまで調べてきたシリコン表面の構造とは異なる構造を持つシリコンナノ構造を模索した。銀表面にシリコン原子を蒸着することにより、これまで報告例のないシリコン原子からなるチェーン構造を発見した。AFMにより高分解能に観察し、さらに第一原理計算による構造最適化を行うことによって、シリコン原子の4員環を持つユニークな構造を有してことが判明した。また、チェーン構造の端については、対称性を破る非自明な構造をしており、銀基板の影響について検討した。さらに、高感度に化学結合力を計測する技術を発展させるために、針先端の先鋭化の新しい方法論を提案し、その有用性を実証した。さらに、鈍化した探針先端の形状を再び先鋭化する探針の再生に関しても成果をあげることができた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

シリコン原子が持つ不対電子は化学結合論を検証するために重要な役割を果たす。その不対電子の波動関数を様々に変えることによって、化学状態が化学結合に及ぼす影響を詳細に調べることを可能にする。今回、シリコン原子の新しい構造を発見したことにより、化学結合測定における幅を広げることができる。

Strategy for Future Research Activity

シリコンの様々なナノ構造を基盤として用いて、そこに異種元素を混在させた系を作成して、化学結合を系統的に計測する。それにより、化学結合の元素依存、化学状態依存、電気陰性度依存などを多角的に調べることができる。探針先端の元素も決定した上で、化学結合を系統的に調べることにより、究極的な元素同定にもつながる化学結合論の深化を目指す。

  • Research Products

    (20 results)

All 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 6 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] Karlsruher Institute(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      Karlsruher Institute
  • [Int'l Joint Research] Aalto University School of Science(フィンランド)

    • Country Name
      FINLAND
    • Counterpart Institution
      Aalto University School of Science
  • [Journal Article] Structure of one-dimensional monolayer Si nanoribbons on Ag(111)2021

    • Author(s)
      Feng Lingyu、Shiotari Akitoshi、Yabuoshi Keisuke、Fukuda Masahiro、Ozaki Taisuke、Sugimoto Yoshiaki
    • Journal Title

      Physical Review Materials

      Volume: 5 Pages: 031002 1-6

    • DOI

      10.1103/PhysRevMaterials.5.034002

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] In Situ Reproducible Sharp Tips for Atomic Force Microscopy2021

    • Author(s)
      Onoda Jo、Hasegawa Tsuyoshi、Sugimoto Yoshiaki
    • Journal Title

      Physical Review Applied

      Volume: 15 Pages: 034079 1-8

    • DOI

      10.1103/PhysRevApplied.15.034079

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Role of Intermolecular Interactions in the Catalytic Reaction of Formic Acid on Cu(111)2021

    • Author(s)
      Shiotari Akitoshi、Putra Septia Eka Marsha、Shiozawa Yuichiro、Hamamoto Yuji、Inagaki Kouji、Morikawa Yoshitada、Sugimoto Yoshiaki、Yoshinobu Jun、Hamada Ikutaro
    • Journal Title

      Small

      Volume: 17 Pages: 2008010~2008010

    • DOI

      10.1002/smll.202008010

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Role of tip apices in scanning force spectroscopy on alkali halides at room temperature?chemical nature of the tip apex and atomic-scale deformations2020

    • Author(s)
      Wagner Philipp、Foster Adam、Yi Insook、Abe Masayuki、Sugimoto Yoshiaki、Hoffmann-Vogel Regina
    • Journal Title

      Nanotechnology

      Volume: 32 Pages: 035706~035706

    • DOI

      10.1088/1361-6528/abbea8

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Manipulable Metal Catalyst for Nanographene Synthesis2020

    • Author(s)
      Shiotari Akitoshi、Hamada Ikutaro、Nakae Takahiro、Mori Shigeki、Okujima Tetsuo、Uno Hidemitsu、Sakaguchi Hiroshi、Hamamoto Yuji、Morikawa Yoshitada、Sugimoto Yoshiaki
    • Journal Title

      Nano Letters

      Volume: 20 Pages: 8339~8345

    • DOI

      10.1021/acs.nanolett.0c03510

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Intrinsic reconstruction of ice-I surfaces2020

    • Author(s)
      Kawakami N.、Iwata K.、Shiotari A.、Sugimoto Y.
    • Journal Title

      Science Advances

      Volume: 6 Pages: eabb7986 1-5

    • DOI

      10.1126/sciadv.abb7986

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 表面合成法によるアームチェア型グラフェンナノリボンの末端制御とその構造評価2020

    • Author(s)
      塩足亮隼, 石井歩, 杉本宜昭
    • Organizer
      第68回応用物理学会 春季学術講演会
  • [Presentation] High Resolution Imaging of Ice-I Surface by Atomic Force Microscope2020

    • Author(s)
      K. Iwata, N. Kawakami, A. Shiotari, and Y. Sugimoto
    • Organizer
      28th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM28)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 原子間力顕微鏡を用いたPaulingの化学結合論の検証2020

    • Author(s)
      小野田穣, 杉本宜昭
    • Organizer
      2020年日本表面真空学会学術講演会
  • [Presentation] 原子間力顕微鏡による氷表面構造の高分解能観察2020

    • Author(s)
      岩田孝太, 川上直也, 塩足亮隼, 杉本宜昭
    • Organizer
      2020年日本表面真空学会学術講演会
  • [Presentation] 金属探針の接近による脱水素化反応の誘起とナノグラフェン分子の生成2020

    • Author(s)
      塩足亮隼, 濱田幾太郎, 中江隆博, 森重樹, 奥島鉄雄, 宇野英満, 坂口浩司, 濱本雄治, 森川良忠, 杉本宜昭
    • Organizer
      2020年日本表面真空学会学術講演会
  • [Presentation] 末端修飾によるスイッチ機能を有するグラフェンナノリボンの開発2020

    • Author(s)
      石井歩, 塩足亮隼, 杉本宜昭
    • Organizer
      2020年日本表面真空学会学術講演会
  • [Presentation] Structure of one-dimensional monolayer Si nanoribbons on Ag(111)2020

    • Author(s)
      馮凌瑜, 塩足亮隼, 福田将大, 尾崎泰助, 杉本宜昭
    • Organizer
      2020年日本表面真空学会学術講演会
  • [Presentation] 原子間力顕微鏡におけるPaulingの化学結合論2020

    • Author(s)
      小野田穣, 杉本宜昭
    • Organizer
      第81回応用物理学会 秋季学術講演会
  • [Presentation] 原子間力顕微鏡によるAg(111)上シリセンのT相の構造解析2020

    • Author(s)
      馮凌瑜,小野田穣, 籔押慶佑, 杉本宜昭
    • Organizer
      第81回応用物理学会 秋季学術講演会
  • [Presentation] 氷表面局所構造の原子間力顕微鏡測定2020

    • Author(s)
      岩田孝太, 川上直也, 塩足亮隼, 杉本宜昭
    • Organizer
      日本物理学会 2020年秋季大会
  • [Presentation] SPM 探針による芳香族分子の脱水素化のピンポイント誘起2020

    • Author(s)
      塩足亮隼, 濱田幾太郎, 中江隆博, 森重樹, 奥島鉄雄, 宇野英満, 坂口浩司, 濱本雄治, 森川良忠, 杉本宜昭
    • Organizer
      日本物理学会 2020年秋季大会
  • [Remarks] 研究室HP

    • URL

      http://www.afm.k.u-tokyo.ac.jp/

URL: 

Published: 2022-12-28  

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