Observation and controling of the charge state dynamis in a molecule using a THz-field-driven photon STM

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K14593
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 32010:Fundamental physical chemistry-related
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: Kimura Kensuke 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 研究員 (70856773)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 走査トンネル顕微鏡 / テラヘルツ電場駆動 / 単一分子科学 / 帯電状態 / ダイナミクス

Outline of Final Research Achievements

The distortion and vibration of the molecular structure induced by a charge injection into a molecule play an important role in the various molecular properties. The investigation of the dynamics of the charged state has not been reached yet, because it is necessary to control the charged state with high spatiotemporal resolutions. In this study, we have developed a novel technique to investigate the dynamics of charged state with sub-picosecond time and sub-nanometer spatial resolution by combining a scanning tunneling microscope (STM) with an ultrashort pulse in terahertz (THz) frequency.

Free Research Field

物理化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

高い時間・空間分解能を両立した顕微分光手法開発は、ナノスケールで生じる光学現象研究の実現を目指して近年競争が過熱している。その中で、本研究課題の推進により、世界で初めてTHz光電場による分子への電荷注入により単一分子の励起状態を形成して発光を検出することに成功し、更にポンプ・プローブ法を行うことで帯電状態によって誘起される分子振動を観測するという成果をあげることができた。より高効率な有機光デバイスの基礎研究が行われているなかで、励起状態や電荷分離状態のダイナミクスは非常に注目されてるが、本手法はこれらを実験的に観測する扉をひらく研究成果であると言える。