2020 Fiscal Year Annual Research Report
プラズモン効果による単分子フォトクロミック反応の実現検証
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20H02717
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
清水 智子 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (00462672)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 走査型トンネル顕微鏡 / フォトクロミック分子 / 光異性化反応 / プラズモン効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
金属基板にフォトクロミック分子の一種であるジアリールエテンを規則正しく配列させ、個々の分子の光異性化反応を制御できるか検証するのが本研究の目的である。ジアリールエテンは２つの異性体の熱安定性が高く、一部の金属基板上では均一単分子膜の形成が可能であることが示されている。本研究では、走査型プローブ顕微鏡のプローブ探針と金属基板が作り出すナノギャップに分子を位置させることでプラズモン効果により反応効率を高めオン－オフ制御を実現し、プローブ顕微鏡の種々の分光により２つの異性体の状態判別法を確立することを目指している。
初年度は、銅基板上で形成される均一単分子膜に光を照射し、どのような変化が現れるかの検証を中心に研究を進めた。この分子膜では閉環体という異性化状態にある分子とナトリウムイオンが交互に並ぶことで列を形成する。分子のみを吸着した場合には列構造は現れない。分子双極子と陽イオンの相互作用が鍵である。まず、可視光を照射した場合について調査した。溶液中や結晶のジアリールエテンは閉環体に可視光を照射すると開環体へ反応するため、反応が起こることを予測した。しかし、十数時間照射しても、何も変化が起こらなかった。一方で、紫外光を照射すると走査型トンネル顕微鏡(STM)像において、単分子膜内の分子が一部変化した様子が見られた。この変化がもし光異性化反応、つまり開環体への反応である場合、分子－基板間相互作用によりポテンシャルランドスケープが大きく変化したことを示唆するものである。または、この変化は単に分子の吸着構造の変化や分解反応が起きた可能性も排除できない。
並行して、銀基板上にジアリールエテン分子を蒸着させた場合の観察を実施するため、銀表面の清浄化と分子蒸着セルの作製および蒸着条件の最適化を実施した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
初年度に取り組みたかった銀基板にジアリールエテン分子を蒸着させた場合の吸着構造解析に関する実験で遅れが生じている。銀基板の清浄化に必要なスパッタイオン銃コントローラに不具合があり、そのアップデートに3ヵ月程度時間を要したことが原因である。
銅基板上の超構造に対して光反応の実験を上述の通り行った。観察された紫外光照射による反応の条件やどのような反応が起きているのかを調べることに注力したことも、銀基板を用いた実験に遅れが生じた理由である。
また、コロナの影響により装置の移設作業ができなかったため、2年目の初めに実施することとした。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度得られた紫外線照射による単分子膜内部の反応について詳細の検証を進める。これまでは光を表面全体に照射して反応を見ていたため、反応はランダムな位置で起こっていた。所望の分子のみを反応させるため、探針増強効果について検討を始める。探針と分子の距離を数オングストロームの距離まで近づけた状態で光を照射することで、プラズモン効果により電場を増強し、光反応の実現を目指す。反応が起これば、それが探針の効果が無い時の光反応と同様の変化なのかを、トンネル分光法(STS)による電子状態密度の測定から検証する。また、探針の有無での反応効率の違いも調査する。これらの実験は液体ヘリウム温度で超高真空環境下で実施する。
並行して、1年目に取り組みが進まなかった銀基板上のジアリールエテン分子の吸着状態の観察も進める。この実験の初期段階では構造観察がメインのため、室温で動作するSTM装置を使用する。銀表面の清浄化後に、真空中でジアリールエテン分子を真空蒸着し、構造を観察する。分子が表面上にバラバラに吸着するのか、クラスターを作るのか、超構造を形成するのか、等を明らかにする。そこから銀基板上で分子間相互作用や基板－分子間の相互作用がどのように働くのかを検証する。
さらに、譲り受けた装置の搬入（4月中）および再立上げを行う。まずは標準試料での動作確認を行う。その後、銀基板を清浄化し分子蒸着ができるよう立ち上げる。そして、銀表面上のジアリールエテン分子の特徴ある構造に対してSTS測定を実施し電子状態を調べる。
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Research Products
(2 results)
