2022 Fiscal Year Annual Research Report
超精密表面化学反応の開発と炭素ナノ構造体の磁性開拓
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22H00285
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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) |
HILL Jonathan 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 (30421431)
石川 敦之 国立研究開発法人物質・材料研究機構, エネルギー・環境材料研究拠点, 主任研究員 (80613893)
松本 道生 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, 独立研究者 (90843110)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 表面反応 / 磁性 / 原子間力顕微鏡 / 走査型トンネル顕微鏡 / 炭素ナノ構造体 / 単分子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、磁場中で動作する極低温超高真空走査型トンネル顕微鏡・原子間力顕微鏡システムへ装置改造のため、１１Ｔのマグネット内に挿入できる顕微鏡ヘッド・搬送システムの一部・試料ホルダーなどを設計・制作した。また、本装置が設置するために必要なピットも研究室内に製作した。今後、顕微鏡の配線・真空チャンバーの設計製作・真空システムの導入を行う予定である。
研究計画テーマ1の逐次反応の開発とヘテロ構造体の合成に関して、本研究課題の開始前に既に実現した1次元ブロックコオリゴマーの合成を更に発展させ、2次元への拡張を目指した。その結果、合成されるアセチレンリンカーの柔らかさに起因して、生成した構造体の自由度が高く、2次元に大きく拡張できないことが分かった。一方で、脱水素を伴わないラダーオリゴマーの合成を実現した。
研究計画テーマ2の局所化学反応による自在合成に関して、ラジカル部位の精密制御を行った。特に、付加反応の確立に向け、非弾性トンネル電流による脱ハロゲンで生成したラジカルの電子状態や構造を極低温超高真空走査型トンネル顕微鏡を用いて解明を試みた。その結果、３つの異性体構造を探針で制御することに成功した。また、トンネル電流の大きさを制御することで、エネルギー的に不安定なラジカル種を実験的に生成できることを見出した。自動化ブログラムを作成することで、この分子構造操作の再現性を向上させた。
また、スピンを有する分子を用いて、金表面上に生成したインターカレーション膜との影響に関しても知見を得た。
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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
磁場中で動作する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に関して、本年度で導入する予定の物品はすべて完了することができた。また、その受入として実験室内にピットの設置も完了し、順調に進展している。
逐次反応の開発とヘテロ構造体の合成に関して、残念ながら高い周期構造を有する2次元膜を合成することができなかったが、表面反応に関する有益な知見を得た。一方で、2年目に行う予定であった、脱水素を伴わないラダーオリゴマーの合成に成功し、既に論文報告を行った。
局所化学反応による自在合成に関して、ラジカル部位の精密制御を実現した。当初予想してなかったジラジカル部位の合成や、スピン状態の検出や単分子レベルのチャージなど非常に興味深い実験結果を得ることに成功した。この研究結果は、本研究課題の主要な研究成果となると考えている。それ以外に
１）ホウ素を導入したグラフェンナノリボン上でのスピン制御、２）アルキル基を有する分子と臭素元素を利用した自己組織化膜の構造評価、３）ケイ素を導入した二次元ＣＯＦ膜の実現、
などの研究成果を得ることに成功した。研究計画より、早いペースで進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
先年度に実現したラジカル部位の精密制御に関して、論文を執筆・報告する予定である。現在、理論研究者と共同研究を行っているところであり、本年度中の投稿を目指す。この研究でラジカル部位の構造制御が可能となったため、今後、異種分子の接合を試みる。
表面化学反応の高精度化に関して、磁性原子のCoを炭素ナノ構造体への導入を試みる。また、既に実現したCF3基を用いた表面反応以外にも、ヘテロ構造に展開できる表面反応も開発する予定である。
炭素ナノ構造体の磁性計測・操作技術の確立に関して、今後、真空チャンバーの設計・製作、更に、真空排気系の導入などを行う。また、これまでに開発したプロトコルができる試料作製機構も開発する。
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[Presentation] 探針による三次元分子の構造異性化2023
Author(s)
川井 茂樹, エン チョウウ, Lauri Kurki, Tomohiko Nishiuchi, Takuya Kodama, サン ケイウェイ, クスタンセ オスカル, Takashi Kubo, Adam. S. Foster
Organizer
第70回応用物理学会春季学術講演会
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[Presentation] On-Surface Synthesis of Porphyrin-Complex Multi-Block Co-Oligomers by Defluorinative Coupling2022
Author(s)
S. Kawai, A. Ishikawa, S. Ishida, T. Yamakado, Y. Ma, K. Sun, Y. Tateyama, R. Pawlak, E. Meyer, S. Saito, A. Osuka
Organizer
THE 22ND INTERNATIONAL VACUUM CONGRESS IVC-22. 2022
Int'l Joint Research
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