2021 Fiscal Year Annual Research Report
Exploring and controlling electronic properties of 2D architecture formed by highly-correlated radicals
| Project/Area Number |
20H02707
|
|---|
| Research Institution | Nagoya University |
|---|
Principal Investigator |
水津 理恵 名古屋大学, 理学研究科, 特任助教 (90373315)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坂本 一之 大阪大学, 工学研究科, 教授 (70261542)
内橋 隆 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, グループリーダー (90354331)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | 強相関時ラジカル分子 / 分子間相互作用 / 立体π共役分子 / 分子ー基板相互作用 / 走査トンネル顕微鏡 / 気相光電子分光測定 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、立体π共役分子である、フェナジン部位をもつトリプチセン誘導体Trip-Phzをもちいて二次元構造体の構築を重点的に行った。昨年度はAu(111)表面上にTrip-Phzを蒸着させ、昇華で得られた結晶と似た構造が形成されたことを報告した。このことから金基板は分子ー基板相互作用が弱いと考え、金基板と同程度の格子定数をもち、分子との相互作用がより強いAg(111)の清浄表面上にTrip-Phzを蒸着させたところ、THF溶液から得られた結晶中で見られたハニカム格子が形成されていることをSTMによって明らかにした。ハニカム構造の他にも1次元構造や2次元構造のドメインも観察されており、選択的にハニカム格子のみが形成される条件の検討が必要である。また、Trip-Phzは、C60と共結晶を形成したり、カーボンナノチューブを包接したりと、炭素材料への親和性が高いことがわかっている。そこでAg(111)上にTrip-PhzとC60を共蒸着させたところ、Trip-Phz分子によるハニカム格子の空孔にC60が内包された構造が比較的広範囲で観測された。さらに固体状態における電子状態を理解するために、ガス状態における分子の電子状態を気相光電子分光測定によって調べ、DFT計算との比較を行い、孤立状態における分子の電子状態に関する知見を得た。
上記の研究を進めていく上で、ライングラフ物性の概念を提唱した。ハニカム格子とカゴメ格子は全く別の格子と考えられがちであるが、ハニカム格子の格子点の中点に新たな点を置き、それらを結ぶとカゴメ格子になる。これを幾何学の用語で「ライングラフ」という。分子の重心がハニカム格子を形成していたとしても分子間相互作用が強い系においては、カゴメ格子の電子物性を示すということを、実例を挙げて説明した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
フェナジン部位をもつトリプチセン誘導体Trip-Phzをもちいて、Ag(111)上にハニカム格子を形成していることを確認しており、基板の格子定数や分子との親和性を適切に選ぶことで、溶液から得られた結晶構造と同じ構造を基板上に形成することが出来ることを示した。分子性二次元構造体の電子状態の観測における大きな問題点を1つ解決できたといえる。またC60の共蒸着によって基板上のハニカム格子の安定化できることを見いだしており、分子性ハニカム格子の電子構造の観測に適したサンプルの準備が順調に進んでいる。さらに孤立状態におけるTrip-Phzの電子構造を気相光電子分光にて明らかにしており、固体状態の電子状態に関する考察が可能となっている。一方、角度分解光電子分光（ARPES）システムの立ち上げに関して、昨年度導入予定であったヘリウム光源が、新型コロナウィルスの世界的流行により納品が遅れたことに加え、別予算によってスピンマニピュレータおよびスピン検出器を次年度に導入することとなり、それに先だって光電子アナライザーの改造を進めたため、ARPES部分は当初計画より半年遅れでの稼働となった。
光電子分光システムの稼働は半年遅れたが、次年度にはSARPES測定が可能となること、また物質開発や二次元構造体の作製は当初の計画よりも進んでいることから、全体としてはおおむね順調に進んでいると考えている。
|
| Strategy for Future Research Activity |
本年度立ち上げを行った角度分解光電子分光装置を使って、Ag(111)表面上に作製したTrip-Phz分子のハニカム格子の電子構造を調べる。同装置には、有機分子蒸着源と低速電子線回折装置が備わっており、作製したサンプルを大気に曝露することなく構造解析と光電子分光測定が可能である。これにより分子配列と電子状態に関する知見を得る。また蒸着槽には、基板加熱機構が備わっているため、蒸着時の基板の温度を変えることで、構造変化が起きるかどうかを調べる。さらに走査トンネル分光も行うことで、局所的な電子状態についての知見を得る。走査トンネル分光については、研究分担者の内橋が担当する。
さらにもう1つの強相関ラジカル分子群であるチアジル基をもつ金属ポルフィラジン化合物を、超伝導体やトポロジカル絶縁体の上に蒸着し、転移温度や表面の電子状態へどのような影響を与えるかを調べる。ポルフィラジン化合物は、チアジル基を介した分子間相互作用が可能であり、広い分子平面をもつため、原子レベルでフラットな金属単結晶以外の、凹凸のある基板の上にも二次元構造体を作ることが出来ると考えられる。二次元構造体としての金属ポルフィラジンのスピンと基板との相互作用について、スピン分解光電子分光測定を行い、3次元のスピン情報に関する知見を得る。スピン分解光電子分光測定については研究分担者の坂本と協力して行う。
|
-
-
-
-
-
-
-
[Journal Article] Spatial Control of Charge Doping in n-Type Topological Insulators2021
Author(s)
Sakamoto Kazuyuki、Ishikawa Hirotaka、Wake Takashi、Ishimoto Chie、Fujii Jun、Bentmann Hendrik、Ohtaka Minoru、Kuroda Kenta、Inoue Natsu、Hattori Takuma、Miyamachi Toshio、Komori Fumio、Yamamoto Isamu、Fan Cheng、Kr?ger Peter、Ota Hiroshi、Matsui Fumihiko、Reinert Friedrich、Avila Jos?、Asensio Maria C.
-
Journal Title
Nano Letters
Volume: 21
Pages: 4415～4422
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] Spatial Control of Charge Doping in n-Type Topological Insulators2021
Author(s)
K. Sakamoto, H. Ishikawa, T. Wake, C. Ishimoto, J. Fujii, H. Bentmann, M. Ohtaka, K. Kuroda, N. Inoue, T. Hattori, T. Miyamachi, F. Komori, I. Yamamoto, C. Fan, P. Krueger, H. Ota, F. Matsui, F. Reinert, J. Avila, and M. C. Asensio
Organizer
The 9th International Symposium on Surface Science
Int'l Joint Research
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
