2019 Fiscal Year Annual Research Report
超高分解能原子間力顕微鏡を用いた単分子化学と炭素ナノ構造体の新展開
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19H00856
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
川井 茂樹 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 先端材料解析研究拠点, グループリーダー (30716395)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
田原 一邦 明治大学, 理工学部, 専任准教授 (40432463)
久保 孝史 大阪大学, 理学研究科, 教授 (60324745)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 走査型トンネル顕微鏡 / 原子間力顕微鏡 / 表面化学 / 単分子 / 炭素ナノ構造体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、チューニングフォークタイプのセンサーを用いることで極低温超高真空走査型トンネル顕微鏡と原子間力顕微鏡を同時に測定できる実験設備の新規立ち上げに注力した。試料搬送室・試料準備室、そして観察室の３つのチャンバーからなる真空システムを設計・製作した。それらを、新規に導入した除振台に取付け、ターボ分子ポンプによる真空テストを行った。その結果、10-10mbar台の超高真空に到達することに成功した。更に、あらたに導入したクライオスタットを取付て、同様のテストを行った。また、クライオスタットの下部に取り付ける顕微鏡ヘッドを本年度末に導入し、今後、取付け・配線したのち、動作確認を行う予定である。
当初2年次以降におこなう予定にしていた、炭素ナノ構造物を金属基板から離脱させるインターカレーション技術の習得を行った。その結果、金表面上で合成したホウ素を含有するグラフェンナノリボンの電気特性を計測することに成功した。また、表面化学反応の副生成物であるハロゲン原子を室温でも除去できる手法を開発した（論文作成予定）。更に、二つの前駆体分子を用いることで、原子レベルで構造が決まったグラフェンナノリボンの接合に成功した。これらの平坦な炭素ナノ構造体とは一線を画し、表面化学反応で三次元のグラフェンナノリボンの合成に成功した。このユニークな構造体の特徴を生かして、探針を用いた臭素の脱離反応、付加反応、更にフラーレン分子の導入も実現した。
一方、絶縁体薄膜上において、単分子に置換されている2つの臭素原子を探針で取り除くことで高い歪があるアセチレンの合成に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
単分子化学に特化した極低温超高真空原子間力顕微鏡・走査型トンネル顕微鏡システムの立上げには、必要な部品の設計および製作が伴うが、本年度に導入を予定していた部品はすべて揃ったため、おおむね順調に進展していると云える。充足率の関係で１年目に実施する予定であった可視光光源能導入および関連実験を2年目に移動させ、その代わりに、2年目以降に実施する予定であった、
１）インターカレーション技術の構築、 ２）ハロゲン原子の低温除去技術、 ３）三次元の炭素ナノ構造体の実現、 ４）探針による付加反応の実現、５）高い歪があるアセチレンの単分子合成
を実現した。これらの成果は、当初の計画を上回る進捗であり、全体として、”当初の計画以上に進展している”と考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
単分子化学に特化した極低温超高真空原子間力顕微鏡・走査型トンネル顕微鏡システムを立ち上げる。本年度の上半期中に全ての配線を行い、大気・真空、そして極低温と段階的にテストを行う。また同時に、試料パーキングシステムやラディエーションシールド、試料加熱機構等の設計・製作を行う。一方で、可視光を導入するシステムを設計・製作し本年度中に実験を開始する。
また、稼働している表面化学反応に特化したシステムを用いて、方向性のある表面化学反応を実現する。また、インターカレーション技術により計測が可能となる炭素ナノ構造体に由来するバンドギャップの測定をおこなう。
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Research Products
(15 results)
