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ヘリウムフリー・STM単一分子分光法の開発と有機半導体分子の電子状態計測

研究課題

研究課題/領域番号 16K05656
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 物理化学
研究機関大阪大学

研究代表者

山田 剛司  大阪大学, 理学研究科, 助教 (90432468)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2016年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
キーワード表面 / 走査トンネル顕微鏡 / 有機半導体 / 非占有準位 / 2光子光電子分光 / 電子状態 / 単一分子 / 単一分子分光
研究成果の概要

固体表面に吸着した有機半導体分子の電子状態は,個々の分子の電子状態と相互作用によって凝集した分子同士の電子状態の寄与が混在する。このため単一分子レベルから少数集合体に至るまでの空間領域において,吸着状態や凝集構造を把握しつつ,その電子状態を評価することが重要となる。本研究では液体ヘリウムを使わない条件下で,走査トンネル顕微鏡(STM)を用いて超薄膜の電子状態を計測する手法を確立した。分子軌道の局在性・非局在性は有機デバイス中の電荷輸送を考える上で重要な要素でもある。2光子光電子(2PPE)分光を併用することにより,非占有準位の微視的描像をナノスケールで捉えることが可能であることを示した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

物質の温度を極低温に下げ,熱に由来する様々なノイズを低減した条件下における物性計測が広く行われている。これらの実験では液体ヘリウム(約4 K,-269℃)を寒剤として用いられており,表面科学分野においては,走査トンネル顕微鏡(STM)を用いたSTM単一分子分光が盛んに行われている。基礎科学分野において,液体ヘリウムの使用が大前提となっている計測手法の代替案を探索することが本研究テーマの一つである。本研究では,液体ヘリウムを使わない局所分光法・電子状態マッピング法を展開し,有機半導体分子膜に適用することで,単一分子レベルで表面電子状態を評価することができた。

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (48件)

すべて 2018 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 3件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (30件) (うち国際学会 9件、 招待講演 4件) 備考 (4件) 学会・シンポジウム開催 (1件)

  • [国際共同研究] イエナ大学(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] イエナ大学物理学科(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [国際共同研究] Friedrich‐Schiller University Jena(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Hybridization of an unoccupied molecular orbital with an image potential state at a lead phthalocyanine/graphite interface2018

    • 著者名/発表者名
      Yamada Takashi、Kawakita Noriaki、Okui Chiaki、Munakata Toshiaki
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Condensed Matter

      巻: 31 号: 4 ページ: 044004-044004

    • DOI

      10.1088/1361-648x/aaf08e

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Direct visualization of diffuse unoccupied molecular orbitals at a rubrene/graphite interface2018

    • 著者名/発表者名
      Yamada Takashi、Kinoshita Mariko、Araragi Kento、Watanabe Yu、Ueba Takahiro、Kato Hiroyuki S.、Munakata Toshiaki
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 20 号: 25 ページ: 17415-17422

    • DOI

      10.1039/c8cp01796d

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Influence of molecular distortion on the exciton quenching for quaterthiophene-terminated self-assembled monolayers on Au(111)2018

    • 著者名/発表者名
      Kato Hiroyuki S.、Murakami Yoshinari、Saitoh Riyo、Osumi Yuji、Okaue Daijiro、Kiriyama Yoshiaki、Ueba Takahiro、Yamada Takashi、Ie Yutaka、Aso Yoshio、Munakata Toshiaki
    • 雑誌名

      Surface Science

      巻: 669 ページ: 160-168

    • DOI

      10.1016/j.susc.2017.11.014

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spectroscopic and microscopic investigations of organic ultrathin films: Correlation between geometrical structures and unoccupied electronic states2018

    • 著者名/発表者名
      Yamada Takashi、Munakata Toshiaki
    • 雑誌名

      Progress in Surface Science

      巻: 93 号: 4 ページ: 108-130

    • DOI

      10.1016/j.progsurf.2018.09.003

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 有機超薄膜の非占有準位・分光イメージングとナノスケール構造観察2018

    • 著者名/発表者名
      Yamada Takashi
    • 雑誌名

      Molecular Science

      巻: 12 号: 1 ページ: A0098

    • DOI

      10.3175/molsci.12.A0098

    • NAID

      130007458216

    • ISSN
      1881-8404
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Metastable phase of lead phthalocyanine films on graphite: Correlation between geometrical and electronic structures2017

    • 著者名/発表者名
      N. Kawakita, T. Yamada, M. Meissner, R. Forker, T. Fritz, and T. Munakata
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 95 号: 4 ページ: 045419-045419

    • DOI

      10.1103/physrevb.95.045419

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書 2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Electronic excitation and relaxation dynamics of the LUMO-derived level in rubrene thin films on graphite2016

    • 著者名/発表者名
      T. Ueba, T. Yamada, and T. Munakata
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 145 号: 21 ページ: 214703-214703

    • DOI

      10.1063/1.4968847

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Naphthalene’s Six Shades on Graphite: A Detailed Study on the Polymorphism of an Apparently Simple System2016

    • 著者名/発表者名
      F. Sojka, M. Meissner, T. Yamada, T. Munakata, R. Forker, and T. Fritz
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 120 号: 40 ページ: 22972-22972

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.6b06702

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Unoccupied electronic structure and molecular orientation of rubrene; from evaporated films to single crystals2016

    • 著者名/発表者名
      T. Ueba, J. Park, R. Terawaki, Y. Watanabe, T. Yamada, T. Munakata Surf. Sci. 649, 7(2016).
    • 雑誌名

      Surface Science

      巻: 649 ページ: 7-7

    • DOI

      10.1016/j.susc.2016.01.015

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optical observation of different conformational isomers in rubrene ultra-thin molecular films on epitaxial graphene2016

    • 著者名/発表者名
      C. Udhardt, R. Forker, M. Gruenewald, Y. Watanabe, T. Yamada, T. Ueba, T. Munakata, and T. Fritz
    • 雑誌名

      Thin Solid Films

      巻: 598 ページ: 271-271

    • DOI

      10.1016/j.tsf.2015.12.023

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 有機超薄膜の非占有準位・分光イメージングとナノスケール構造観察2018

    • 著者名/発表者名
      山田 剛司
    • 学会等名
      第11回分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 単分子膜中の光励起種の寿命における分子構造の影響: 基板-励起官能基間の距離を関数としたモデ ル解析2018

    • 著者名/発表者名
      大隅悠史,山田剛司,加藤浩之
    • 学会等名
      2018年日本表面真空学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Unoccupied electronic states and excited dimer formation at the perylene/graphite interface2018

    • 著者名/発表者名
      Takashi Yamada, Natsumi Ito, Noriaki Kawakita, Kento Araragi, Hiroyuki S. Kato, Toshiaki Munakata
    • 学会等名
      9th Workshop on Advanced Spectroscopy of Organic Materials for Electronic Applications (ASOMEA-IX)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Spectroscopic and microscopic investigations of unoccupied states at the organic/substrate interface2018

    • 著者名/発表者名
      Takashi Yamada
    • 学会等名
      SFB1083, Special Seminar, Philipps-Universitat Marburg, Marburg, Germany
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 有機分子/基板界面における物性研究-構造と電子状態-2018

    • 著者名/発表者名
      山田剛司
    • 学会等名
      第40回有機物性研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ペリレン超薄膜における非占有準位計測と構造・発光2018

    • 著者名/発表者名
      山田 剛司, 蘭堅 斗, 伊藤 菜摘, 河北 徳明, 加藤 浩之, 宗像 利明
    • 学会等名
      日本物理学会 第73回年次大会(2018年)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] ルブレン/HOPGにおける非占有準位のナノスケール・マッピング2017

    • 著者名/発表者名
      蘭堅斗, 木下真梨子, 渡辺悠, 上羽貴大, 山田剛司, 加藤浩之, 宗像利明
    • 学会等名
      日本物理学会第72回年次大会
    • 発表場所
      大阪大学豊中キャンパス
    • 年月日
      2017-03-17
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 鉛フタロシアニン薄膜の準安定相の2光子光電子分光2017

    • 著者名/発表者名
      河北徳明, 山田剛司, Matthias Meissner, Roman Forker, Torsten Fritz, 宗像利明
    • 学会等名
      日本物理学会第72回年次大会
    • 発表場所
      大阪大学豊中キャンパス
    • 年月日
      2017-03-17
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 2光子光電子分光によるペリレン薄膜の電子状態計測2017

    • 著者名/発表者名
      山田剛司, 伊藤菜摘, 河北徳明, 加藤浩之, 宗像利明
    • 学会等名
      日本物理学会第72回年次大会
    • 発表場所
      大阪大学豊中キャンパス
    • 年月日
      2017-03-17
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Direct visualization of localized/delocalized nature of unoccupied states at the rubrene/graphite interface2017

    • 著者名/発表者名
      T. Yamada, M. Kinoshita, K. Araragi, T. Ueba, H. S. Kato and T. Munakata
    • 学会等名
      Symposium on Surface Science & Nanotechnology -25th Anniversary of SSSJ Kansai-" (SSSN-Kansai)
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
    • 年月日
      2017-01-24
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Long Range Quenching Process via the Au Substrate for Photoexcited Quaterthiophene-End-Groups in Alkanethiolate-Derivative Self-Assembled Monolayers2017

    • 著者名/発表者名
      H. S. Kato, Y. Murakami, R. Saitoh, Y. Osumi, D. Okaue, Y. Kiriyama, T. Yamada and T. Munakata
    • 学会等名
      Symposium on Surface Science & Nanotechnology -25th Anniversary of SSSJ Kansai-" (SSSN-Kansai)
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
    • 年月日
      2017-01-24
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ペリレン超薄膜の非占有電子状態・構造・発光2017

    • 著者名/発表者名
      山田 剛司, 蘭 堅斗, 伊藤 菜摘, 河北 徳明, 加藤 浩之, 宗像 利明
    • 学会等名
      関西薄膜・表面物理セミナー
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] DBP/HOPG界面の電子励起ダイナミクス2017

    • 著者名/発表者名
      森 良亮,國枝 省吾,山田 剛司,加藤 浩之,宗像 利明
    • 学会等名
      第10回分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] ルブレン薄膜における非占有準位空間分布の顕微2光子光電子分光測定2017

    • 著者名/発表者名
      岡上 大二朗,林 良祐,山田 剛司,宗像 利明
    • 学会等名
      第10回分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 2光子光電子分光によるペリレン薄膜の電子状態2017

    • 著者名/発表者名
      山田 剛司,伊藤 菜摘,河北 徳明,加藤 浩之,宗像 利明
    • 学会等名
      第10回分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] グラファイト上ルブレンにおける非局在化した非占有分子準位の可視化2017

    • 著者名/発表者名
      蘭 堅斗, 木下 真梨子, 渡辺 悠, 上羽 貴大, 山田 剛司, 加藤 浩之, 宗像 利明
    • 学会等名
      第10回分子科学討論会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] DBP/HOPG界面の電子励起ダイナミクス2017

    • 著者名/発表者名
      森良亮, 國枝 省吾, 山田剛司, 加藤浩之, 宗像利明
    • 学会等名
      第12回 有機デバイス・物性院生研究会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] グラファイト上ルブレンにおける非局在化した非占有分子準位の可視化2017

    • 著者名/発表者名
      蘭 堅斗, 木下 真梨子, 渡辺 悠, 上羽 貴大, 山田 剛司, 加藤 浩之, 宗像 利明
    • 学会等名
      第12回 有機デバイス・物性院生研究会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 有機分子超薄膜の構造と非占有電子状態2017

    • 著者名/発表者名
      山田 剛司
    • 学会等名
      第12回 有機デバイス・物性院生研究会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Unoccupied Electronic States at the Perylene/Graphite Interface Investigated by 2PPE2017

    • 著者名/発表者名
      Takashi Yamada, Natsumi Ito, Noriaki Kawakita, Kento Araragi, Hiroyuki Kato, Toshiaki Munakata
    • 学会等名
      5th Ito International Research Conference, RIKEN Centennial Anniversary & Surface and Interface Spectroscopy 2017 (IIRC5)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Lateral Distribution of Unoccupied Levels on Rubrene Thin Films Measured by Micro-Spot Two-Photon Photoemission2017

    • 著者名/発表者名
      Daijiro Okaue, Ryosuke Hayashi, Takashi Yamada, and Toshiaki Munakata
    • 学会等名
      Interdisciplinary Symposium for Up-and-coming Materials Scientists (ISUMS) 2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Direct visualization of localized/delocalized nature of unoccupied states at the rubrene/graphite interface2017

    • 著者名/発表者名
      T. Yamada, M. Kinoshita, K. Araragi, T. Ueba, H. S. Kato and T. Munakata
    • 学会等名
      "Symposium on Surface Science & Nanotechnology -25th Anniversary of SSSJ Kansai-" (SSSN-Kansai)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ルブレン超薄膜における非占有準位のナノスケールマッピング2016

    • 著者名/発表者名
      山田剛司,木下真梨子,蘭 堅斗,上羽貴大,加藤浩之,宗像利明
    • 学会等名
      2016年真空・表面科学合同講演会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場(愛知県)
    • 年月日
      2016-11-29
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Scanning Micro-Spot 2-Photon Photoemission Spectroscopy for Unoccupied Levels of Rubrene Films on HOPG2016

    • 著者名/発表者名
      Daijiro Okaue, Ryosuke Hayashi, Takashi Yamada, Hiroyuki S. Kato, Toshiaki Munakata
    • 学会等名
      表面界面スペクトロスコピー2016
    • 発表場所
      秋保温泉(宮城県)
    • 年月日
      2016-11-25
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Two-photon Photoemission Spectroscopy for Perylene Films on HOPG2016

    • 著者名/発表者名
      Natsumi Ito, Noriaki Kawakita, Takashi Yamada, Hiroyuki S. Kato, Toshiaki Munakata
    • 学会等名
      表面界面スペクトロスコピー2016
    • 発表場所
      秋保温泉(宮城県)
    • 年月日
      2016-11-25
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Direct visualization of localized/delocalized nature of unoccupied states at the rubrene/graphite interface2016

    • 著者名/発表者名
      T. Yamada, M. Kinoshita, K. Araragi, T. Ueba, H. S. Kato and T. Munakata
    • 学会等名
      Advanced Spectroscopy of Organic Materials for Electronic Applications (ASOMEA)
    • 発表場所
      Okazaki, Japan
    • 年月日
      2016-11-22
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] STM/STSによるルブレン超薄膜における非占有準位のナノスケールマッピング2016

    • 著者名/発表者名
      蘭 堅斗、木下真梨子、上羽貴大、山田剛司、加藤浩之、宗像利明
    • 学会等名
      関西薄膜・表面物理セミナー
    • 発表場所
      神戸セミナーハウス(神戸市)
    • 年月日
      2016-11-19
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Study of the Photoexcitation State and its Quenching Mechanism for Quaterthiophene-Terminated Alkanethiolate SAMs on Au(111)2016

    • 著者名/発表者名
      H. S. Kato, Y. Murakami, R. Saitoh, Y. Osumi, D. Okaue, Y. Kiriyama, T. Yamada, and T. Munakata
    • 学会等名
      AsiaNANO2016
    • 発表場所
      Sapporo, Japan
    • 年月日
      2016-10-10
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] DBP/HOPG界面における2光子光電子分光2016

    • 著者名/発表者名
      森 良亮、國枝 省吾、Humpfner Tobias、Kirchhubel Tino、山田 剛司、加藤 浩之、Fritz Torsten、宗像 利明
    • 学会等名
      第9回分子科学討論会
    • 発表場所
      神戸ファッションマート(神戸市)
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] DBP/HOPGの電子状態の温度依存性および電荷ダイナミクスの解明2016

    • 著者名/発表者名
      國枝 省吾、森 良亮、山田 剛司、加藤 浩之、宗像 利明
    • 学会等名
      第9回分子科学討論会
    • 発表場所
      神戸ファッションマート(神戸市)
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [備考] 研究代表者 所属研究室ホームページ

    • URL

      http://www.chem.sci.osaka-u.ac.jp/lab/munakata/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] 研究代表者 research map

    • URL

      https://researchmap.jp/tks-ymd

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.chem.sci.osaka-u.ac.jp/lab/munakata/

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [備考] 所属研究室ホームページ

    • URL

      http://www.ch.wani.osaka-u.ac.jp/lab/munakata/index-jp.html

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会・シンポジウム開催] International Symposium on Spectroscopy and Dynamics at Surface and Interface2018

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2020-03-30  

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