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テラヘルツ光パルスを用いたSTM超高速単一分子発光分光法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 18J11856
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 応用物性
研究機関東京大学

研究代表者

木村 謙介  東京大学, 新領域創成科学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2018-04-25 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
2019年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2018年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワードTHz誘起STM発光測定 / 走査トンネル顕微鏡 / 単一分子発光測定 / 励起状態 / テラヘルツ
研究実績の概要

本研究の目的は、走査トンネル顕微鏡(STM)を用いた発光測定手法に、テラヘルツ(THz)光パルスを用いたトンネル電流の制御技術を組み合わせて、STMをベースとした新規な分光手法を創出することである。
STM発光分光法は、STM探針から注入されるトンネル電流によって引き起こされる局所領域からの発光現象を高い空間分解能で調べる事で、量子系のエネルギー散逸を可視化することができる強力な手法である。この手法を、銀基板上に成長したNaCl絶縁体膜上に吸着した3,4,9,10-ペリレンテトラカルボン酸二無水物(PTCDA)分子に対して適用し、低電圧において三重項励起状態が選択的に形成されるという新規現象を発見し、今年度論文として報告した
一般に、三重項励起状態は一重項励起状態と寿命が異なることが知られている。しかし、従来のSTM発光分光法では積算して発光スペクトルを得るため、励起状態寿命などの時間的な変遷を測定することは出来ない。このようなSTM発光分光法の制限を打破するため、本研究ではSTM発光測定手法にTHz光を用いた瞬間的にトンネル電流を制御する技術と組み合わせて、新規なSTM超高速分光法の開発を目指した。
今年度は、昨年度課題に挙がっていたTHz集光用のレンズ周りを改良、高強度なTHz発生ができるように光学系を改良することで、STMとTHzを組み合すことに成功し、世界で初めてTHz電流誘起のSTM発光信号を観測することに成功した。特に、THz誘起の電流であることを由来とする現象を観測することができ、本研究成果は現在投稿準備中である。今後、本研究成果をもとに単一分子系に拡張され、時間分解発光測定が実現できると期待される。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (9件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 3件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] カリフォルニア大学サンディエゴ校(米国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Selective triplet exciton formation in a single molecule2019

    • 著者名/発表者名
      Kimura Kensuke、Miwa Kuniyuki、Imada Hiroshi、Imai-Imada Miyabi、Kawahara Shota、Takeya Jun、Kawai Maki、Galperin Michael、Kim Yousoo
    • 雑誌名

      Nature

      巻: 570 号: 7760 ページ: 210-213

    • DOI

      10.1038/s41586-019-1284-2

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Investigation of selective triplet exciton formation in a molecule with an STM2019

    • 著者名/発表者名
      K. Kimura, H. Imada, K. Miwa, M. Imai-Imada, S. Kawahara, J. Takeya, M. Kawai, Y. Kim
    • 学会等名
      704.WE-Heraeus-Seminar "Exploring the Limits of Nanoscience with Scanning Probe Methods"
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] STM発光分光法を用いた選択的な三重項励起子形成の単一分子計測2019

    • 著者名/発表者名
      木村謙介, 三輪邦之, 今田裕, 今井みやび, 河原祥太, 竹谷純一, 川合眞紀, マイケル ガルペリン, 金有洙
    • 学会等名
      2019年第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Investigation of exciton formation mechanism in a single PTCDA molecule using a scanning tunneling microscope2018

    • 著者名/発表者名
      K. Kimura, H. Imada, K. Miwa, M. Imai-Imada, S. Kawahara, J. Takeya, M. Kawai, Y. Kim
    • 学会等名
      14th International Conference on Atomically Controlled Surfaces, Interfaces and Nanostructures (ACSIN-14)&26th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM26)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Single-molecule investigation of a triplet exciton formation with a scanning tunneling microscope2018

    • 著者名/発表者名
      H. Imada, K. Miwa, M. Imai-Imada, S. Kawahara, J. Takeya, M. Kawai, Y. Kim
    • 学会等名
      The 12th International Conference on Excitonic and Photonic Processes in Condensed Matter and Nano Materials (EXCON 2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] STMを用いた単一分子内での選択的な三重項励起子形成2018

    • 著者名/発表者名
      木村謙介, 今田裕, 三輪邦之, 今井みやび, 河原祥太, 竹谷純一, 川合眞紀, 金有洙
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] STM発光分光法を用いた三重項励起状態形成の単一分子計測2018

    • 著者名/発表者名
      木村謙介, 今田裕, 三輪邦之, 今井みやび, 河原祥太, 竹谷純一, 川合真紀, 金有洙
    • 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
  • [備考] 有機ELの新たな発光機構を発見 -三重項励起子を低電圧で選択的に形成-

    • URL

      https://www.riken.jp/press/2019/20190606_1/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

URL: 

公開日: 2018-05-01   更新日: 2024-03-26  

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