Exploring and controlling electronic properties of 2D architecture formed by highly-correlated radicals

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• 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, 大学院工学研究科, 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: 強相関ラジカル分子 / 分子間相互作用 / 立体π共役分子 / 分子-基板相互作用 / 走査トンネル顕微鏡 / 角度分解光電子分光

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、3回対称性をもつ立体π共役分子であるトリプチセン誘導体Trip-Phzをもちいて二次元構造体作製の条件検討を重点的に行った。昨年度、Ag(111)の清浄表面上にTrip-Phzを蒸着させたところ、単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ている。しかし、ハニカム構造の他に別の構造をもつドメインも形成されてしまい、光電子分光測定で電子バンド構造を測定する際の問題点であった。そこでカリウムやセシウムなどのアルカリ金属をTrip-Phz分子単層膜の上に蒸着したところ、広範囲にわたってハニカム構造が観測された。これは、電子受容能をもつTrip-Phz分子単層膜にアルカリ金属をもちいてホールドーピングしたことに相当し、その結果、分子間相互作用が強くなりハニカム格子が優先して形成されたと考えられる。
試料作製条件の検討と並行して、分子性二次元構造体の電子バンド構造観測のために、別予算で導入したスピン検出器をそなえた角度分解光電子分光装置へ、高輝度ヘリウムおよびキセノン光源を導入し、その立ち上げに注力した。キセノン光源をもちいることで、よりシャープなスペウトルが得られるようになった。さらに分子性二次元構造体についての理論研究も行い、分子内相互作用および分子間相互作用の符号と相対比を変化させることでフラットバンドの由来やその位置が系統的に変化することを提唱した。特に分子性三角格子にスピン軌道相互作用を導入すると、ゼーマン型にスピン分裂した軌道を持つことを示唆する興味深い結果を得た。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ミュンスター大学(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: ミュンスター大学
• [Int'l Joint Research] ストラスブール大学(フランス)
  • Country Name: FRANCE
  • Counterpart Institution: ストラスブール大学
• [Int'l Joint Research] ウィスコンシン-ミルウォーキー大学(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: ウィスコンシン-ミルウォーキー大学
• [Int'l Joint Research] ルンド大学/チャルマース工科大学/カールスタッド大学(スウェーデン)
  • Country Name: SWEDEN
  • Counterpart Institution: ルンド大学/チャルマース工科大学/カールスタッド大学
• [Int'l Joint Research] CNR-IOM(イタリア)
  • Country Name: ITALY
  • Counterpart Institution: CNR-IOM
• [Int'l Joint Research]
  • # of Other Countries: 1
• [Journal Article] Fabrication of MXene transparent conductive films via transfer process (2023)
  • Author(s): Shibata Yuki、Suizu Rie、Awaga Kunio、Hirotani Jun、Omachi Haruka
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 16 Pages: 037001
  • DOI: 10.35848/1882-0786/acbbb8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Enhanced Circularly Polarized Luminescence by a Homochiral Guest-Host Interaction in Gyroidal MOFs, [Ru(bpy)3] [M2(ox)3] (bpy = 2,2′-Bipyridyl, ox = Oxalate, M = Zn, Mn) (2023)
  • Author(s): Nakashima Kazuya、Suizu Rie、Morishita Shuhei、Tsurumachi Noriaki、Funahashi Masahiro、Masu Hyuma、Ozawa Ryuki、Nakamura Kazuki、Awaga Kunio
  • Journal Title: ACS Materials Au Volume: 3 Pages: 201～205
  • DOI: 10.1021/acsmaterialsau.2c00081
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Effects of adsorbed molecular ordering to the superconductivity of a two-dimensional atomic layer crystal (2023)
  • Author(s): Inagaki Shunsuke、Ebara Narunori、Kobayashi Takahiro、Itaya Ryota、Yokota Kenta、Yamamoto Isamu、Osiecki Jacek、Ali Khadiza、Polley Craig、Zhang H. M.、Johansson L. S. O.、Uchihashi Takashi、Sakamoto Kazuyuki
  • Journal Title: Physical Review Materials Volume: 7 Pages: 24805
  • DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.7.024805
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Squeezed Abrikosov-Josephson Vortex in Atomic-Layer Pb Superconductors Formed on Vicinal Si(111) Substrates (2023)
  • Author(s): Sato Yudai、Haze Masahiro、Nemoto Ryohei、Qian Wenxuan、Yoshizawa Shunsuke、Uchihashi Takashi、Hasegawa Yukio
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 130 Pages: 106002
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.106002
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Improvement in Cycle Life of Organic Lithium-Ion Batteries by In-Cell Polymerization of Tetrathiafulvalene-Based Electrode Materials (2022)
  • Author(s): Yoshimura Aya、Hemmi Keisuke、Moriwaki Hayato、Sakakibara Ryo、Kimura Hitoshi、Aso Yuto、Kinoshita Naoya、Suizu Rie、Shirahata Takashi、Yao Masaru、Yorimitsu Hideki、Awaga Kunio、Misaki Yohji
  • Journal Title: ACS Applied Materials & Interfaces Volume: 14 Pages: 35978～35984
  • DOI: 10.1021/acsami.2c09302
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] N-doped nonalternant aromatic belt via a six-fold annulative double N-arylation (2022)
  • Author(s): Sato Hiroki、Suizu Rie、Kato Tomoki、Yagi Akiko、Segawa Yasutomo、Awaga Kunio、Itami Kenichiro
  • Journal Title: Chemical Science Volume: 13 Pages: 9947～9951
  • DOI: 10.1039/D2SC02647C
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] CNT Gels Formed by a Triptycene Analogue Enabling Coexistence of CNT-gelator and Intergelator Interactions (2022)
  • Author(s): Ushiroguchi Ryo、Suizu Rie、Matsunaga Yuki、Omachi Haruka、Doi Yuya、Masubuchi Yuichi、Bandow Shunji、Awaga Kunio
  • Journal Title: Chemistry Letters Volume: 51 Pages: 1070～1073
  • DOI: 10.1246/cl.220319
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spin-polarized electrons in atomic layer materials formed on solid surfaces (2022)
  • Author(s): Sakamoto Kazuyuki、Kobayashi Takahiro、Yaji Koichiro、Shishidou Tatsuya、Donath Markus
  • Journal Title: Progress in Surface Science Volume: 97 Pages: 100665
  • DOI: 10.1016/j.progsurf.2022.100665
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Resolving decay-time dependent photoluminescence induced by phonon-dressed excitons in ZnO (2022)
  • Author(s): Yukawa Ryu、Yamamoto Susumu、Arita Ren、Minami Yuki、Yamanoi Kohei、Ozawa Kenichi、Sakamoto Kazuyuki、Shimizu Toshihiko、Sarukura Nobuhiko、Matsuda Iwao
  • Journal Title: Physical Review Materials Volume: 6 Pages: 104607
  • DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.6.104607
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Non-charge-transfer Origin of Tc Enhancement in a Surface Superconductor Si(111)-(√7x√3)-In with Adsorbed Organic Molecules (2022)
  • Author(s): Yokota Kenta、Inagaki Shunsuke、Qian Wenxuan、Nemoto Ryohei、Yoshizawa Shunsuke、Minamitani Emi、Sakamoto Kazuyuki、Uchihashi Takashi
  • Journal Title: Journal of the Physical Society of Japan Volume: 91 Pages: 123704
  • DOI: 10.7566/JPSJ.91.123704
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 強相関ラジカル分子構造体が示す特異な電子物性 (2023)
  • Author(s): 水津理恵
  • Organizer: 日本学術振興会 分子系の複合電子機能第181委員会
  • Invited
• [Presentation] 固体表面上に作製した原子層結晶のスピン偏極電子 (2023)
  • Author(s): 坂本一之
  • Organizer: SPRUCナノスピントロニクス研究会
  • Invited
• [Presentation] 表面原子層超伝導体：スピン分裂と動的なスピン運動量ロッキング効果 (2023)
  • Author(s): 内橋 隆
  • Organizer: 日本物理学会北海道支部講演会
  • Invited
• [Presentation] 強相関分子でつくる二次元構造体の構造と物性探索 (2022)
  • Author(s): 水津理恵
  • Organizer: ISSP Workshop「物性女性若手研究交流会2022」
  • Invited
• [Presentation] Molecular Arrangement and Electronic Structure of Molecular Honeycomb Lattice Formed by Triptycene Derivative Trip-Phz (2022)
  • Author(s): R. Suizu, R. Nemoto, R. Ushiroguchi, R. Sema, S. Yamauchi, T. Uchihashi, K. Awaga
  • Organizer: The 22nd International Vacuum Congress (IVC-22)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 発光分子を内包したジャイロイドMOFのキラル物性 (2022)
  • Author(s): 中島一哉、水津理恵、桝飛雄真、阿波賀邦夫
  • Organizer: 第16回分子科学討論会
• [Presentation] トリプチセン誘導体Trip-PhzとフラーレンC60からなる 分子性ハニカム格子の電子構造と分子配列 (2022)
  • Author(s): 瀬間亮太、根本諒平、後口遼、内橋隆、水津理恵、阿波賀邦夫
  • Organizer: 第16回分子科学討論会
• [Presentation] 金属／イオン液体界面の電気二重層形成に伴う金属の表面ポテンシャル変化 (2022)
  • Author(s): 南條知紘、横川大輔、水津理恵、松下未知雄、阿波賀邦夫
  • Organizer: 第16回分子科学討論会
• [Presentation] ホモキラルなジャイロイドMOFの結晶構造と磁気特性 (2022)
  • Author(s): 中島一哉、水津理恵、桝飛雄真、阿波賀邦夫
  • Organizer: 第30回有機結晶シンポジウム
• [Presentation] 転写プロセスによるマキシン透明導電膜の作製法 (2022)
  • Author(s): 柴田裕貴、水津理恵、阿波賀邦夫、廣谷潤、大町遼
  • Organizer: 日本化学会第103春季年会（2023）
• [Presentation] 強等方性構造をもつジャイロイドMOFが示すキラリティに由来した光物性と磁性 (2022)
  • Author(s): 中島一哉、水津理恵、土射津昌久、桝飛雄真、森下修平、鶴町徳昭、舟橋正浩、阿波賀邦夫
  • Organizer: 日本化学会第103春季年会（2023）
• [Presentation] 立体π共役系の作る三角格子のトポロジカルなバンド構造 (2022)
  • Author(s): 珠玖良昭、水津理恵、中野沙耶、土射津昌久、阿波賀邦夫
  • Organizer: 日本化学会第103春季年会（2023）
• [Presentation] フタロシアニン類縁体CoPcおよびCoTTDPz吸着によるトポロジカル絶縁体表面状態への影響 (2022)
  • Author(s): 水津理恵、山内早希、板谷亮太、稲垣俊輔、戸市裕一朗、樋口裕紀、山本勇、坂本一之、阿波賀邦夫
  • Organizer: 日本化学会第103春季年会（2023）
• [Presentation] エキゾチック物理化学的性質に向けた導電性高分子とトポロジカル共有結合裕貴骨格のハイブリダイゼーション (2022)
  • Author(s): 曹超群、陳棋、水津理恵、阿波賀邦夫
  • Organizer: 日本化学会第103春季年会（2023）
• [Presentation] 強相関ラジカル分子がつくる自己集積二次元構造体の電子構造 (2022)
  • Author(s): 水津理恵、阿波賀邦夫
  • Organizer: 学際統合物質科学研究機構（IRCCS）成果報告会・産学ワークショップ
• [Presentation] 強相関スピン分子CoTTDPzが誘起する原子層超伝導体TlPbの電子状態変調 (2022)
  • Author(s): 山内早希、水津理恵、稲垣俊輔、戸市裕一郎、板谷亮太、坂本一之、阿波賀邦夫
  • Organizer: 学際統合物質科学研究機構（IRCCS）成果報告会・産学ワークショップ
• [Presentation] 金属基板上に構築したTrip-Phzによる分子性ハニカム格子の構造と物性 (2022)
  • Author(s): 瀬間亮太、根本諒平、後口遼、内橋隆、水津理恵、阿波賀邦夫
  • Organizer: 学際統合物質科学研究機構（IRCCS）成果報告会・産学ワークショップ
• [Presentation] The stacking directed self-assembly of phenazine analogue of triptycene and SWCNT with reversible redox chemistry (2022)
  • Author(s): 陳棋、水津理恵、坂東俊治、阿波賀邦夫
  • Organizer: 学際統合物質科学研究機構（IRCCS）成果報告会・産学ワークショップ
• [Presentation] 金属基板上に構築したTrip-Phzによる分子性ハニカム格子の構造と物性 (2022)
  • Author(s): 瀬間亮太、根本諒平、後口遼、内橋隆、水津理恵、阿波賀邦夫
  • Organizer: 第30回有機結晶シンポジウム
• [Presentation] ベンゾキノン骨格を有するトリプチセン誘導体を配位子とした2次元コバルトMOFの結晶構造と磁性 (2022)
  • Author(s): 珠玖良昭、水津理恵、土射津昌久、阿波賀邦夫
  • Organizer: 第30回有機結晶シンポジウム
• [Presentation] テトラメチルアンモニウム塩基によるAl残存Ti3C2Txマキシンの剥離と導電膜応用 (2022)
  • Author(s): 柴田裕貴、才田恵美、岩田将輝、松永優希、水津理恵、阿波賀邦夫、廣谷潤、大町遼
  • Organizer: 第83回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] 強相関スピン分子CoTTDPzが誘起する原子層超伝導体TlPbの電子状態変調 (2022)
  • Author(s): 山内早希、水津理恵、稲垣俊輔、戸市裕一郎、板谷亮太、坂本一之、阿波賀邦夫
  • Organizer: 第16回分子科学討論会
• [Presentation] 三回対称性立体π共役分子の作る結晶構造とその強束縛モデルによるバンド構造 (2022)
  • Author(s): 珠玖良昭、水津理恵、土射津昌久、阿波賀邦夫
  • Organizer: 第16回分子科学討論会
• [Presentation] Electronic structures of organic molecules adsorbed In/Si(111)-( √7×√3) (2022)
  • Author(s): Kazuyuki Sakamoto
  • Organizer: The 4th Asia-Pacific Symposium on Solid Surfaces
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Spin-polarized electrons in atomic layer materials formed on solid surfaces (2022)
  • Author(s): Kazuyuki Sakamoto
  • Organizer: 40th SPP Physics Conference
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Physical Properties of PTCDA Adsorbed In/Si(111)-(√7×√3) (2022)
  • Author(s): Shunsuke Inagaki, Narunori Ebara, Takahiro Kobayashi, Kenta Yokota, Isamu Yamamoto, Jacek Osiecki, Khadiza Ali, Craig Polley, Takashi Uchihashi, and Kazuyuki Sakamoto
  • Organizer: the 35th European Conference on Surface Science
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Spin-polarized electronic structure of Tl atomic layers formed on Ag(111) (2022)
  • Author(s): Takahiro Kobayashi, Yoshitaka Nakata, Mutsuki Iwaoka, Yuchi Yaoita, Jun Fujii, Koichiro Yaji, and Kazuyuki Sakamoto
  • Organizer: the 35th European Conference on Surface Science
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Physical Properties of PTCDA Adsorbed In/Si(111)-(√7×√3) (2022)
  • Author(s): Shunsuke Inagaki, Narunori Ebara, Takahiro Kobayashi, Kenta Yokota, Isamu Yamamoto, Jacek Osiecki, Khadiza Ali, Craig Polley, Takashi Uchihashi, and Kazuyuki Sakamoto
  • Organizer: The 22nd International Vacuum Congress (IVC-22)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Spin-polarized band of Tl atomic layer crystal formed on Ag(111) (2022)
  • Author(s): Yuichiro Toichi, Takahiro Kobayashi, Yoshitaka Nakata, Koichiro Yaji, Mutsuki Iwaoka, Yuchi Yaoita, Yasmine Sassa, Jun Fujii, Tatsuya Shishidou, Michael Weinert, and Kazuyuki Sakamoto
  • Organizer: The 22nd International Vacuum Congress (IVC-22)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Spin-polarized band of Tl atomic layer crystal formed on Ag(111) (2022)
  • Author(s): Yuichiro Toichi, Takahiro Kobayashi, Yoshitaka Nakata, Koichiro Yaji, Mutsuki Iwaoka, Yuchi Yaoita, Yasmine Sassa, Jun Fujii, Tatsuya Shishidou, Michael Weinert, and Kazuyuki Sakamoto
  • Organizer: The 4th Asia-Pacific Symposium on Solid Surfaces
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 2原子層Tlの隠れたスピン偏極電子バンド (2022)
  • Author(s): 戸市裕一朗, 小林宇宏, 中田慶隆, 岩岡睦生, 八百板裕智, 矢治光一郎, Yasmine Sassa, 藤井純, 吉田靖雄, 長谷川幸雄, 獅子堂達也, Michael Weinert, 坂本一之
  • Organizer: 2022年度関西薄膜・表面物理セミナー
• [Presentation] K蒸着によるIn/Si(111)-(√7×√3)の電子状態の変調 (2022)
  • Author(s): 島崎竜史，馬地蒼士郎, 高桑奏弦, 岩原直也, Peter Krueger, 坂本一之
  • Organizer: 2022年度関西薄膜・表面物理セミナー
• [Presentation] Investigating the possibility of creating a “pure” p-type Bi2Se3 (2022)
  • Author(s): Yuki Higuchi, Ryota Itaya, Mito Tomita, Harutaka Saito, Katsuhiro Suzuki, Hitoshi Sato, Kazunori Sato, and Kazuyuki Sakamoto
  • Organizer: 27th Hiroshima International Symposium on Synchrotron Radiation
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Surface atomic-layer superconductors: Josephson vortex and dynamic spin-momentum locking (2022)
  • Author(s): Takashi Uchihashi
  • Organizer: Pacific Rim International Conference on Superconducting Materials: Fundamentals and Applications (PRISM2022)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Surface atomic-layer superconductors: molecules heterostructures and dynamic spin-momentum locking (2022)
  • Author(s): Takashi Uchihashi
  • Organizer: Workshop on Nanoscale Phenomena at Surfaces
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Nanostencil-Fabricated Electrode for Electron Transport of Atomically Thin Film in Ultrahigh Vacuum (2022)
  • Author(s): Wenxuan Qian, Kenta Yokota, Noriaki Matsunaga, and Takashi Uchihashi
  • Organizer: The 22nd International Vacuum Congress (IVC-22)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Combined STM-Transport system under a UHV-LT-9T environment (2022)
  • Author(s): Ryohei Nemoto, Shunsuke Yoshizawa, Kunio Awaga, and Takashi Uchihashi
  • Organizer: The 22nd International Vacuum Congress (IVC-22)
  • Int'l Joint Research
• [Book] 2次元超伝導 (2022)
  • Author(s): 須藤 彰三、岡 真、内橋 隆
  • Total Pages: 144
  • Publisher: 共立出版
  • ISBN: 9784320035508