| 研究課題/領域番号 |
19K23591
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| 研究種目 |
研究活動スタート支援
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
0402:ナノマイクロ科学、応用物理物性、応用物理工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 国立研究開発法人理化学研究所 |
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研究代表者 |
今井 みやび 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 特別研究員 (50845815)
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| 研究期間 (年度) |
2019-08-30 – 2021-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2020年度)
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| 配分額 *注記 |
2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | 単一分子 / 走査トンネル顕微鏡 / 発光 / 励起子ダイナミクス / 電子ダイナミクス / エネルギーアップコンバージョン / 光電流 / 発光分光 / 電子状態 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
原子分解能で電流・発光検出が可能な独自の光STM装置を用いて、単一分子エネルギーアップコンバージョンの機構解明と高効率化を目指す。入射する量子として、太陽電池や有機ELなど光電エネルギー変換デバイスで特に重要な“電子”と“光”の2種類を用いる。どの分子準位に電子注入するとUC発光が生じるのか、またどのエネルギーの光を照射するとUC発光が生じるのか単一分子レベルで詳細に観測する。そして、分子周囲の電磁相互作用や分子‐金属電極の距離を原子レベルで精密にコントロールすることで、UC発光の高効率化を実現する。
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| 研究成果の概要 |
エネルギーアップコンバージョン(UC)発光とは、物質に入射する量子よりも高エネルギーの発光が得られる現象である。この現象の利用によりエネルギー変換現象を高効率化・高機能化できると期待され、UC発光現象に関する研究は盛んに行われてきた。しかし、これまで高い空間分解能でUC発光を計測する手法が存在せず、単一分子レベルでUC発光の詳細な機構は解明されていない。
本研究では、走査トンネル顕微鏡(STM)に光検出機構を組み合わせた独自の光STMを用いてフタロシアニン単一分子のUC発光の観測に成功した。電子伝導特性の結果と合わせ、電流励起された単一分子UC発光の機構解明に成功した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
これまで、UC発光は有機分子膜や量子ドットなどの系で観測され、様々な機構が提唱されてきた。しかし、UCを単一分子スケールで観測し、関連する電子・励起子ダイナミクスの詳細を解明した例はなかった。近年、STM発光分光法(STM-EL)の発展により、単一分子ELを原子分解能で計測できるようになった。申請者はこの手法を応用し、単一分子のUCの観測と機構の詳細を解明することに成功した。本研究結果は、有機エネルギー変換デバイスや人工光合成の高効率化、さらには現在損失されている太陽光のエネルギー帯の高効率利用に役立つことが期待される。
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