水平力顕微鏡による単一原子の同位体の識別法の開発

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26600015
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 杉本 宜昭 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (00432518)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 走査型プローブ顕微鏡

Outline of Annual Research Achievements

原子間力顕微鏡（AFM）を用いると探針先端の原子と表面の個々の原子との間に働く相互作用力を測定して、表面の原子や分子を観察できる。さらに、2原子間に働く相互作用力や散逸エネルギーを測定することも可能である。AFMを用いて、化学的性質が似通っているシリコン原子とゲルマニウム原子の元素同定に成功した。これによって、高感度なレーザー干渉計により精密な力測定ができることが示された。一方、探針と表面の間には静電気力の寄与が無視できない可能性を示し、実験的に静電気力を精密測定する方法を提案した。これにより、原子レベルの信号を正しく見積もることができるようになった。
また、触媒のモデル系であるルチル型二酸化チタン表面をAFMによって調べた。具体的には、まずTiO2(011)表面のAFMコントラストを分類した。その際、TiO2(110)表面のコントラストの分類と同様に表面に吸着した水素原子が標識となった。最も観察頻度が高いコントラストは走査型トンネル顕微鏡とよく似ており、画像化機構が似通っていると結論付けた。このコントラストの輝点は原子位置を反映しておらず、酸素原子の電子状態とチタン原子の電子状態が探針との相互作用に寄与していることを示唆している。さらに、表面の水素原子の拡散の様子を観察し、表面酸素列に沿って、ジグザグに拡散する様子を初めて捉えた。これは、過去に提唱された構造モデルと一致する結果である。

Research Products

• [Int'l Joint Research] チェコ科学アカデミー(チェコ)
  • Country Name: CZECH
  • Counterpart Institution: チェコ科学アカデミー
• [Int'l Joint Research] University College London(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: University College London
• [Journal Article] Imaging the TiO2(011)-(2x1) Surface using Noncontact Atomic Force Microscopy and Scanning Tunneling Microscopy (2016)
  • Author(s): A. Yurtsever, J. Onoda, M. Abe, C.L. Pang, Y. Sugimoto
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry C Volume: 120 Pages: 3390-3395
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1021/acs.jpcc.5b11703
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Atomic Force Microscopy for Imaging, Identification and Manipulation of Single Atoms (2016)
  • Author(s): Y. Sugimoto
  • Journal Title: e-Journal of Surface Science and Nanotechnology Volume: 14 Pages: 28-34
  • DOI: http://doi.org/10.1380/ejssnt.2016.28
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Interplay between switching driven by the tunneling current and atomic force of a bistable four-atom Si quantum dot (2015)
  • Author(s): S. Yamazaki, K. Maeda, Y. Sugimoto, M. Abe, V. Zobac, P. Pou, L. Rodrigo, P. Mutombo, R. Perez, P. Jelinek, and S. Morita
  • Journal Title: Nano Letters Volume: 15 Pages: 4356-4363
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.5b00448
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Accurate extraction of electrostatic force by a voltage pulse force spectroscopy (2015)
  • Author(s): E. Inami, and Y. Sugimoto
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 114 Pages: 246102 1-5
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.246102
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Chemical structure imaging of a single molecule by atomic force microscopy at room temperature (2015)
  • Author(s): K. Iwata, S. Yamazaki, P. Mutombo, P. Hapala, M. Ondracek, P. Jelinek, and Y. Sugimoto
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 6 Pages: 7766 1-7
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1038/ncomms8766
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Identification of Si and Ge atoms by atomic force microscopy (2015)
  • Author(s): J. Onoda, K. Niki, and Y. Sugimoto
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 92 Pages: 155309 1-6
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.92.155309
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] AFMによる有機分子の高分解能室温観察 (2016)
  • Author(s): 岩田 孝太、山崎 詩郎、Pingo Mutombo、Prokop Hapala、Martin Ondracek、Pavel Jelinek、杉本 宜昭
  • Organizer: 第63回応用物理学会 春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東京工業大学 大岡山キャンパス（東京都目黒区）
  • Year and Date: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [Presentation] TiO2(110)表面上の帯電領域のNC-AFM/KPFM観察 (2016)
  • Author(s): 小野田 穣、Chi Lun Pang、Ayhan Yurtsever、杉本 宜昭
  • Organizer: 第63回応用物理学会 春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東京工業大学 大岡山キャンパス（東京都目黒区）
  • Year and Date: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [Presentation] 非接触原子間力顕微鏡を用いたSiとGe原子の識別 (2016)
  • Author(s): 小野田 穣、仁木 康平、杉本 宜昭
  • Organizer: 第63回応用物理学会 春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東京工業大学 大岡山キャンパス（東京都目黒区）
  • Year and Date: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [Presentation] Si(111)-(7x7)表面上のSiテトラマーのスイッチ操作 (2016)
  • Author(s): 山崎詩郎、前田圭亮、杉本宜昭、阿部真之、Vladimir Zobac、Pablo Pou、Lucia Rodrigo、Pingo Mutombo、Ruben Perez、Pavel Jelinek、森田清三
  • Organizer: 第63回応用物理学会 春季学術講演会
  • Place of Presentation: 東京工業大学 大岡山キャンパス（東京都目黒区）
  • Year and Date: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [Presentation] 超高真空原子間力顕微鏡を用いた超高解像計測 (2016)
  • Author(s): 杉本宜昭
  • Organizer: ニューガラスフォーラム 評価技術研究会
  • Place of Presentation: 日本ガラス工業センター（東京都新宿区）
  • Year and Date: 2016-01-29 – 2016-01-29
  • Invited
• [Presentation] Imaging the Chemical Structure of Single Molecule by Atomic Force Microscopy at Room Temperature (2015)
  • Author(s): K. Iwata, S. Yamazaki, P. Mutombo, P. Hapala, M. Ondracek, P. Jelinek and Y. Sugimoto
  • Organizer: 23th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM23)
  • Place of Presentation: Hilton Niseko Villege（北海道虻田郡）
  • Year and Date: 2015-12-10 – 2015-12-12
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Chiral Switch Operated at Room Temperature (2015)
  • Author(s): E. Inami, I. Hamada, K. Ueda, M. Abe, S. Morita and Y. Sugimoto
  • Organizer: 23th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM23)
  • Place of Presentation: Hilton Niseko Villege（北海道虻田郡）
  • Year and Date: 2015-12-10 – 2015-12-12
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] SiGe混晶表面での非接触原子間力顕微鏡による元素識別 (2015)
  • Author(s): 小野田穣，仁木康平，杉本宜昭
  • Organizer: 2015年真空・表面科学合同講演会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2015-12-01 – 2015-12-03
• [Presentation] NC-AFM/KPFM を用いたTiO2 (110)表面上の帯電領域の観察 (2015)
  • Author(s): 小野田穣，PangChi Lun，YurtseverAyhan，杉本宜昭
  • Organizer: 2015年真空・表面科学合同講演会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2015-12-01 – 2015-12-03
• [Presentation] 走査型プローブ顕微鏡による原子スイッチの組立 (2015)
  • Author(s): 稲見栄一，濱田幾太郎、上田啓市、阿部真之、森田清三、杉本宜昭
  • Organizer: 2015年真空・表面科学合同講演会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2015-12-01 – 2015-12-03
• [Presentation] 隣接するSi4原子スイッチ間の相互作用 (2015)
  • Author(s): 山崎詩郎，前田圭亮，高谷玲平，澤田大輔，杉本宜昭，阿部真之，Pablo Pou、Lucia Rodrigo，Pingo Mutobb，Ruben Perez、Pavel Jelinek，森田清三
  • Organizer: 2015年真空・表面科学合同講演会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2015-12-01 – 2015-12-03
• [Presentation] 原子間力顕微鏡による静電気力の精密測定法 (2015)
  • Author(s): 稲見栄一，杉本宜昭
  • Organizer: 2015年真空・表面科学合同講演会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2015-12-01 – 2015-12-01
• [Presentation] Identification of Individual Si and Ge Atoms by AFM (2015)
  • Author(s): J. Onoda, K. Niki and Y. Sugimoto
  • Organizer: 10th International Symposium on Atomic Level Characterizations for New Materials and Devices ’15 (ALC ’15)
  • Place of Presentation: Kunibiki Messe（島根県松江市）
  • Year and Date: 2015-10-25 – 2015-10-30
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 原子間力顕微鏡を用いたGe/Si混在表面での元素識別 (2015)
  • Author(s): 小野田穣，仁木康平，杉本宜昭
  • Organizer: 日本物理学会 2015年秋季大会
  • Place of Presentation: 関西大学 千里山キャンパス（大阪府吹田市）
  • Year and Date: 2015-09-16 – 2015-09-19
• [Presentation] Chemical identification on the Si-Ge intermixed surfaces by AFM (2015)
  • Author(s): J. Onoda, K. Niki and Y. Sugimoto
  • Organizer: 18th International Conference on Non-Contact Atomic Force Microscopy (nc-AFM 2015)
  • Place of Presentation: Cassis Convention Center（France）
  • Year and Date: 2015-09-07 – 2015-09-11
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Accurate extraction of electrostatic force by a voltage pulse force spectroscopy (2015)
  • Author(s): E. Inami, and Y. Sugimoto
  • Organizer: 18th International Conference on Non-Contact Atomic Force Microscopy (nc-AFM 2015)
  • Place of Presentation: Cassis Convention Center（France）
  • Year and Date: 2015-09-07 – 2015-09-11
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Exclusion of H atoms at the subsurface charged regions on TiO2(110) (2015)
  • Author(s): J. Onoda, C. L. Pang, A. Yurtsever and Y. Sugimoto
  • Organizer: 18th International Conference on Non-Contact Atomic Force Microscopy (nc-AFM 2015)
  • Place of Presentation: Cassis Convention Center（France）
  • Year and Date: 2015-09-07 – 2015-09-11
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Single Molecule on Si(111)-(√7x√7) Imaged by AFM at Room Temperature (2015)
  • Author(s): K. Iwata, S. Yamazaki, P. Mutombo, P. Hapala, M. Ondracek, P. Jelinek and Y. Sugimoto
  • Organizer: 18th International Conference on Non-Contact Atomic Force Microscopy (nc-AFM 2015)
  • Place of Presentation: Cassis Convention Center（France）
  • Year and Date: 2015-09-07 – 2015-09-11
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Twisted Pi-conjugated molecules measured by atomic force microscopy (2015)
  • Author(s): K. Iwata, A. Shiotari, T. Nakae, Y. Shinagawa, S. Mori, T. Okujima, H. Uno, H. Sakaguchi and Y. Sugimoto
  • Organizer: International Workshop on Molecular Architectonics(IWMA 2015)
  • Place of Presentation: Shiretoko Grand Hotel（北海道斜里郡）
  • Year and Date: 2015-08-03 – 2015-08-06
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Chiral switch operated at room temperature (2015)
  • Author(s): E. Inami, I. Hamada, K. Ueda, M. Abe, S. Morita and Y. Sugimoto
  • Organizer: International Workshop on Molecular Architectonics(IWMA 2015)
  • Place of Presentation: Shiretoko Grand Hotel（北海道斜里郡）
  • Year and Date: 2015-08-03 – 2015-08-06
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Atom Switch Assembled by Atom Manipulation (2015)
  • Author(s): E. Inami, I. Hamada, K. Ueda, M. Abe, S. Morita, and Y. Sugimoto
  • Organizer: NIMS Conference 2015
  • Place of Presentation: Epochal Tsukuba（茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2015-07-14 – 2015-07-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] (2n×1) Reconstructions of TiO2(011) Elucidated by AFM and STM (2015)
  • Author(s): J. Onoda, C.L. Pang, A. Yurtsever, Y. Sugimoto, and G. Thornton
  • Organizer: NIMS Conference 2015
  • Place of Presentation: Epochal Tsukuba（茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2015-07-14 – 2015-07-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Chemical Identification of Si and Ge atoms by AFM force spectroscopy (2015)
  • Author(s): K. Niki, J. Onoda, and Y. Sugimoto
  • Organizer: NIMS Conference 2015
  • Place of Presentation: Epochal Tsukuba（茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2015-07-14 – 2015-07-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Energy Dissipation of Tunneling Electrons as a Tool to Directly Detect Electron Emission Sites in Doped Ultrananocrystalline Diamond Films (2015)
  • Author(s): K. Panda, E. Inami, K. J Sankaran, Y. Sugimoto, N-H Tai, and I-N Lin
  • Organizer: NIMS Conference 2015
  • Place of Presentation: Epochal Tsukuba（茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2015-07-14 – 2015-07-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Structure of Molecule Imaged by Atomic Force Microscopy at Room Temperature (2015)
  • Author(s): K. Iwata, S. Yamazaki, P. Mutombo, P. Hapala, M. Ondracek, P. Jelinek and Y. Sugimoto
  • Organizer: NIMS Conference 2015
  • Place of Presentation: Epochal Tsukuba（茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2015-07-14 – 2015-07-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 原子間力顕微鏡を用いた単原子分子計測と操作 (2015)
  • Author(s): 杉本宜昭
  • Organizer: 第13回 学融合ビジュアライゼーションシンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学 柏キャンパス（千葉県柏市）
  • Year and Date: 2015-06-30 – 2015-06-30
• [Presentation] Si(111)表面上単一有機分子の室温原子間力顕微鏡測定 (2015)
  • Author(s): 岩田孝太、山崎詩郎、P. Mutombo、P. Hapala、M. Ondracek、P. Jelinek、杉本宜昭
  • Organizer: 2015年度前期 物性研究所 短期研究会
  • Place of Presentation: 東京大学 柏キャンパス（千葉県柏市）
  • Year and Date: 2015-06-24 – 2015-06-26
• [Presentation] 室温で動作する原子スイッチの組立 (2015)
  • Author(s): 稲見栄一、濱田幾太郎、上田啓市、阿部真之、森田清三、杉本宜昭
  • Organizer: 2015年度前期 物性研究所 短期研究会
  • Place of Presentation: 東京大学 柏キャンパス（千葉県柏市）
  • Year and Date: 2015-06-24 – 2015-06-26
• [Remarks] 杉本研究室
  • URL: http://www.afm.k.u-tokyo.ac.jp/