分子アーキテクトニクスの土台となるヘテロシステムの構築と量子物性の探索

• 研究領域: 分子アーキテクトニクス：単一分子の組織化と新機能創成
• 研究課題/領域番号: 25110008
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 高木 紀明 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (50252416)
• 研究分担者: 荒船 竜一 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, 主任研究者 (50360483)
• 研究期間 (年度): 2013-06-28 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 94,250千円 (直接経費: 72,500千円、間接経費: 21,750千円); 2017年度: 11,960千円 (直接経費: 9,200千円、間接経費: 2,760千円); 2016年度: 13,910千円 (直接経費: 10,700千円、間接経費: 3,210千円); 2015年度: 21,320千円 (直接経費: 16,400千円、間接経費: 4,920千円); 2014年度: 10,530千円 (直接経費: 8,100千円、間接経費: 2,430千円); 2013年度: 36,530千円 (直接経費: 28,100千円、間接経費: 8,430千円)
• キーワード: 表面 / 近藤効果 / トンネル顕微鏡 / スピン軌道相互作用 / 分子磁性 / 単原子層物質 / 原子層物質 / トポロジカル物性 / 表面・界面物性 / 表面・界面 / 超伝導 / 単分子接合 / 表面界面 / 走査プローブ顕微鏡 / ナノ材料

研究成果の概要

分子ー電極からなるヘテロシステムにおいて、分子スピンと電極電子系が織りなす量子物性を探索した。金表面における金属フタロシアニン分子について、トンネル顕微鏡（STM）を用いた分子操作により近藤効果とスピン軌道相互作用における量子相転移を制御することを実現した。ヘテロシステムの電極として有望である２次元トポロジカル絶縁体の候補であるシリセンやワイル半金属の候補である遷移金属カルコゲナイドMoTe2やWTe2の原子構造と電子状態を明らかにした。また、レーザー光電子分光を使って非占有の表面状態についてスピン分裂やスピンテクスチャを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Quasiparticle scattering in type-II Weyl semimetal MoTe2 (2018)
  • 著者名/発表者名: C.-L. Lin, R. Arafune, E. Minamitani, M. Kawai, N. Takagi
  • 雑誌名: Journal of Physics: Condensed Matter 巻: 30 号: 10 ページ: 105703-105703
  • DOI: 10.1088/1361-648x/aaab95
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural Evolution of Bi Thin Films on Au(111) Revealed by Scanning Tunneling Microscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: N. Kawakami, C.-L. Lin, K. Kawahara, M. Kawai, R. Arafune, N. Takagi
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 96 号: 20 ページ: 205402-205402
  • DOI: 10.1103/physrevb.96.205402
  • 査読あり
• [雑誌論文] Visualizing Type-II Weyl Points in Tungsten Ditelluride by Quasiparticle Interference (2017)
  • 著者名/発表者名: C.-L. Lin, R. Arafune, R.-Y. Liu, M. Yoshimura, B. Feng, K. Kawahara, Z. Ni, E. Minamitani, S. Watanabe, Y. Shi, M. Kawai, T.-C. Chiang, I. Matsuda, N. Takagi
  • 雑誌名: Acs nano 巻: 11 号: 11 ページ: 11459-11465
  • DOI: 10.1021/acsnano.7b06179
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Transport Characteristics of a Silicene Nanoribbon on Ag(110) (2017)
  • 著者名/発表者名: R. Hiraoka, C.-L. Lin, K. Nakamura, R. Nagao, M. Kawai, R. Arafune, N. Takagi
  • 雑誌名: Beilstein J. Nanotechnol 巻: 8 ページ: 1699-1704
  • DOI: 10.3762/bjnano.8.170
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single Molecule Quantum Dot as a Kondo Simulator (2017)
  • 著者名/発表者名: R. Hiraoka, E. Minamitani, R. Arafune, N. Tsukahara, S. Watanabe, M. Kawai, N. Takagi
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 8 号: 1 ページ: 16012-16012
  • DOI: 10.1038/ncomms16012
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Comment on “Rashba spin-orbit coupling in image potential states” (2016)
  • 著者名/発表者名: Ryuichi Arafune, Takeo Nakazawa, Noriaki Takagi, Maki Kawai, and Hiroshi Ishida
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 117 号: 23
  • DOI: 10.1103/physrevlett.117.239701
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Rashba splitting in an image potential state investigated by circular dichroism two-photon photoemission spectroscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Nakazawa, N. Takagi, Maki Kawai, H. Ishida, and R. Arafune
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 95 号: 11
  • DOI: 10.1103/physrevb.94.115412
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Rashba Splitting in Image Potential State Investigated Using Circular Dichroism Two-Photon Photoemission Spectroscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Nakazawa, N. Takagi, M. Kawai, H. Ishida, R. Arafune
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 117 号: 20 ページ: 205402-205402
  • DOI: 10.1103/physrevb.94.205402
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Linewidth Analysis of Image Potential States on Noble Metal Surfaces with High-Energy Resolved Two-Photon Photoemission Spectroscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Nakazawa, R. Arafune, N. Takagi, M. Kawai
  • 雑誌名: Surface and Interface Analysis 巻: 48 号: 11 ページ: 1194-1198
  • DOI: 10.1002/sia.6083
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Atomic structure of “multilayer silicene” grown on Ag(111): Dynamical low energy electron diffraction analysis (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Kawahara, T. Shirasawa, C.-L. Lina, R. Nagao, N. Tsukahara, T. Takahashi, Ryuichi Arafune, M. Kawai, N. Takagi
  • 雑誌名: Surface Science 巻: 57 ページ: 70-75
  • DOI: 10.1016/j.susc.2016.03.029
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spectroscopic Identification of Ag-Terminated “Multilayer Silicene” Grown on Ag(111) (2016)
  • 著者名/発表者名: Chun-Liang Lin, Takeshi Hagino, Yujiro Ito, Kazuaki Kawahara, Ryo Nagao, Masaru Aoki, Shigeru Masuda, Ryuichi Arafune, Maki Kawai, and Noriaki Takagi
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 120 号: 12 ページ: 6689-6693
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.6b00717
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Surface phonon excitation on clean metal surfaces in scanning tunneling microscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: E. Minamitani, R. Arafune, N. Tsukahara, Y. Ohda, S. Watanabe, M. Kawai, H. Ueba, N. Takagi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 93 号: 8 ページ: 085411-085411
  • DOI: 10.1103/physrevb.93.085411
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Impact of reduced symmetry on magnetic anisotropy of a single iron phthalocyanine molecule on a Cu substrate (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Tsukahara, M. Kawai, N. Takagi
  • 雑誌名: The Journal of Chemical Physics 巻: 144 号: 4
  • DOI: 10.1063/1.4940138
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] One-dimensional edge state of Bi thin film grown on Si(111) (2015)
  • 著者名/発表者名: N. Kawakami, C.-L. Lin, M. Kawai, R. Arafune, N. Takagi
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 107 号: 3 ページ: 031602-1
  • DOI: 10.1063/1.4927206
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Pragmatic Application of Abstract Algebra to Two-Dimensional Lattice Matching (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Kawahara, R. Arafune, M. Kawai, N. Takagi
  • 雑誌名: e-Journal of Surface Science and Nanotechnology 巻: 13 号: 0 ページ: 361-365
  • DOI: 10.1380/ejssnt.2015.361
  • NAID: 130005087505
  • ISSN: 1348-0391
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Comparison between Electronic structures of monolayer silicenes on Ag(111) (2015)
  • 著者名/発表者名: C.-L. Lin, R. Arafune, M. Kawai, N. Takagi
  • 雑誌名: Chin. Physics B 巻: 24 号: 8 ページ: 087307-087307
  • DOI: 10.1088/1674-1056/24/8/087307
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electronic structure of the 4x4 silicene monolayer on semi-infinite Ag(111) (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Ishida, Y. Hamamoto, Y. Morikawa, E. Minamitani, R. Arafune, N. Takagi
  • 雑誌名: New Journal of Physics 巻: 17 号: 1 ページ: 015013-015013
  • DOI: 10.1088/1367-2630/17/1/015013
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 走査トンネル顕微鏡で捉えた単一磁性分子の磁気異方性スイッチング (2014)
  • 著者名/発表者名: 塚原規志、川合眞紀、高木紀明
  • 雑誌名: 日本物理学会誌 巻: 69 ページ: 777-782
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Transport characteristics of a single C60-molecule junction revealed by multiple Andreev reflections (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Hiraoka, R. Arafune, N. Tsukahara, M. Kawai, N. Takagi
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 90 号: 24
  • DOI: 10.1103/physrevb.90.241405
  • 査読あり
• [雑誌論文] Controlling orbital-selective Kondo effects in a single molecule through coordination chemistry (2014)
  • 著者名/発表者名: N. Tsukahara, E. Minamitani, Y. Kim, M. Kawai, N. Takagi
  • 雑誌名: Journal of Chemical Physics 巻: 141 号: 5 ページ: 054702-054702
  • DOI: 10.1063/1.4890654
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Enhancement of Inelastic Electron Tunneling Conductance Caused by Electronic Decoupling in Iron Phthalocyanine Bilayer on Ag (111) (2013)
  • 著者名/発表者名: Naoka Ohta, Ryuichi Arafune, Noriyuki Tsukahara, Maki Kawai, Noriaki Takagi
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 117 号: 42 ページ: 21832-21837
  • DOI: 10.1021/jp406317t
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mode-selective electron-phonon coupling in laser photoemission on Cu(110) (2013)
  • 著者名/発表者名: E. Mitamitani, R. Arafune, M. Q. Yamamoto, N. Takagi, M. Kawai, Y. Kim
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 88 号: 22
  • DOI: 10.1103/physrevb.88.224301
  • 査読あり
• [学会発表] 新奇二次元原子層物質の創製－シリセンを中心に (2018)
  • 著者名/発表者名: 高木紀明
  • 学会等名: 日本応用物理学会
  • 招待講演
• [学会発表] Quantum transition in a single molecule by STM manipulation (2018)
  • 著者名/発表者名: 高木紀明
  • 学会等名: German-Japanese Symposium “Molecular Architectonics for Advanced Information Processing"
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 鏡像準位バンドのスピンテクスチャーの反転 (2017)
  • 著者名/発表者名: 荒船竜一、中澤武夫、高木紀明、川合眞紀、石田浩
  • 学会等名: 日本物理学会第72回年次大会
  • 発表場所: 大阪大学(大阪府豊中市)
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] ２次元単原子・分子層系表面物質―シリセンから２次元近藤格子― (2017)
  • 著者名/発表者名: 高木紀明
  • 学会等名: SPring-8ユーザー協同体顕微ナノ材料研究会／日本表面科学会放射光研究部会合同研究会
  • 発表場所: 東京理科大学(東京都葛飾区)
  • 年月日: 2017-03-02
  • 招待講演
• [学会発表] 新奇二次元原子層物質の創製－シリセンを中心に (2017)
  • 著者名/発表者名: 高木紀明
  • 学会等名: 科学技術交流財団「次世代デバイス実現に向けた先端二次元物質の物理と化学」研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Exploring of 2D materials from silicene to Weyl semimetal (2017)
  • 著者名/発表者名: 高木紀明
  • 学会等名: 6th International Meeting on Silicene
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ニテルル化タングステン表面の構造解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 川原一晃、荒船竜一、白澤徹郎、Chun-Liang Lin、Zeyuan Ni、南谷英美、渡邉聡、川合眞紀、高木紀明
  • 学会等名: 第36回表面科学学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2016-12-01
• [学会発表] STM-IETS 振動・スピン励起による局所分析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 高木紀明
  • 学会等名: 第36回表面科学学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2016-12-01
  • 招待講演
• [学会発表] 吸着分子が示す近藤効果について (2016)
  • 著者名/発表者名: 高木紀明
  • 学会等名: 東京大学物性研究所短期研究会
  • 発表場所: 東京大学物性研究所（千葉県柏市）
  • 年月日: 2016-10-30
  • 招待講演
• [学会発表] 代数的整数論を応用した2次元格子整合理論 (2016)
  • 著者名/発表者名: 川原一晃、荒船竜一、川合眞紀、高木紀明
  • 学会等名: 日本物理学会2016年秋季大会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県金沢市）
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] Au(111)上に蒸着したBiの構造と電子状態 (2016)
  • 著者名/発表者名: 川上直也, 林俊良, 川合眞紀, 荒船竜一, 高木紀明
  • 学会等名: 日本物理学会 第71回年次大会（2016年）
  • 発表場所: 東北学院大（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] 高分解2光子光電子分光によるGraphene/Ir(111)の鏡像状態の観察 (2016)
  • 著者名/発表者名: 中澤武夫, 荒船竜一, 高木紀明, 川合真紀
  • 学会等名: 日本物理学会 第71回年次大会（2016年）
  • 発表場所: 東北学院大（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] Ag(111)単結晶上に作製した多層シリセンの構造 (2016)
  • 著者名/発表者名: 川原一晃, 白澤徹郎, 林俊良, 長尾遼, 塚原規志, 高橋敏男, 荒船竜一, 川合眞紀, 高木紀明
  • 学会等名: 日本物理学会 第71回年次大会（2016年）
  • 発表場所: 東北学院大（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] 鉄フタロシアニン分子における磁気異方性の有効模型による解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 南谷英美, 高木紀明, 渡邉聡
  • 学会等名: 日本物理学会 第71回年次大会（2016年）
  • 発表場所: 東北学院大（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] Ag(111)上単層シリセン電子状態の比較 (2016)
  • 著者名/発表者名: 林俊良, 荒船竜一, 川合眞紀, 高木紀明
  • 学会等名: 日本物理学会 第71回年次大会（2016年）
  • 発表場所: 東北学院大（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] 表面分子磁性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 高木紀明
  • 学会等名: 第35回表面科学学術講演会
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2015-12-01
  • 招待講演
• [学会発表] Exploring Nano World with Scanning Tunneling Microscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: Noriaki Takagi
  • 学会等名: World Congress on Microscopy: Instrumentation, Techniques and Applications in Life Sciences and Materials Sciences (WCM 2015)
  • 発表場所: Kottayam (India)
  • 年月日: 2015-10-09
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Ag(111)上シリセンの成長様式 (2015)
  • 著者名/発表者名: 川原一晃, 望月出海, 白澤徹郎, 林俊良, 長尾遼, 荒船竜一, 川上直也, 和田健, 塚原規志, 高橋敏男, 兵頭俊夫, 川合眞紀, 高木紀明
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] The electronic structure of the outer most layer in multilayer silicene grown on Ag(111) (2015)
  • 著者名/発表者名: 林俊良, 萩野勇志, 伊藤佑次朗, 長尾遼, 川原一晃, 青木優, 増田茂, 荒船竜一, 川合眞紀, 高木紀明
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] Si(111)-In薄膜上のMnフタロシアニン分子の吸着状態 (2015)
  • 著者名/発表者名: 塚原規志, 進藤一樹, 吉澤俊介, 内橋隆, 川合眞紀, 高木紀明
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] Si(111)上Bi薄膜の一次元エッジ状態 (2015)
  • 著者名/発表者名: 川上直也, 林俊良, 川合眞紀, 荒船竜一, 高木紀明
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] Cu(110)表面の非弾性トンネル電流に現れる電子ーフォノン相互作用の波数依存性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 南谷英美, 荒船竜一, 塚原規志, 渡邉聡, 川合眞紀, 高木紀明
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] Structural evolution of silicene on Ag(111) (2015)
  • 著者名/発表者名: Noriaki Takagi
  • 学会等名: Workshop “Silicene, Germanene, Stanene, Phosphorene: Novel Elemental 2D Materials” in 4th International Conference on on Mathematical Modeling in Physical Sciences (IC-MSQUARE)
  • 発表場所: Mykonos (Greece)
  • 年月日: 2015-06-05
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Single magnetic molecule in STM junction as a Kondo simulator (2015)
  • 著者名/発表者名: 高木紀明
  • 学会等名: フロンティア表面科学2015
  • 発表場所: 東京大学物性研究所（千葉県柏市）
  • 年月日: 2015-03-02
  • 招待講演
• [学会発表] 高分解2光子光電子によるAu（001）表面の鏡像状態におけるRashba効果の観察 (2014)
  • 著者名/発表者名: 中澤武夫、荒船竜一、高木紀明、川合眞紀
  • 学会等名: 表面界面スペクトロスコピー2014
  • 発表場所: 関西セミナーハウス（京都府京都市）
  • 年月日: 2014-12-05
• [学会発表] STM探針―FePc-Au(111)接合の形成とスピン状態 (2014)
  • 著者名/発表者名: 平岡諒一、塚原規志、高木紀明、川合眞紀
  • 学会等名: 日本物理学会2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学（愛知県春日井市）
  • 年月日: 2014-09-09
• [学会発表] 面近藤格子、Au（111）表面吸着鉄フタロシアニン格子の異方的磁気応答 (2014)
  • 著者名/発表者名: 太田奈緒香、塚原規志、高木紀明、川合眞紀
  • 学会等名: 日本物理学会2014年秋季大会
  • 発表場所: 中部大学（愛知県春日井市）
  • 年月日: 2014-09-09
• [学会発表] Single molecule magnetism (2013)
  • 著者名/発表者名: Noriaki Takagi
  • 学会等名: HAYASHI Conference : Next decades of Surface Science
  • 発表場所: 神奈川県葉山町湘南国際村
  • 招待講演
• [学会発表] 表面分子による近藤効果・近藤格子 (2013)
  • 著者名/発表者名: 高木紀明
  • 学会等名: 東京大学物性研究所短期研究会「強相関電子系における局所対称性の破れと量子物性」
  • 発表場所: 千葉県柏市東京大学物性研究所
  • 招待講演
• [学会発表] Structural transition of silicene on Ag(111) (2013)
  • 著者名/発表者名: 高木紀明
  • 学会等名: 励起ナノプロセス研究会 第９回研究会
  • 発表場所: 東京都文京区 筑波大学東京キャンパス
  • 招待講演
• [図書] Silicene -Structure, Properties and Applications (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Takagi, C,-L. Lin R. Arafune
  • 総ページ数: 276
  • 出版者: Springer International Publishing