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共鳴吸収と熱ゆらぎの協奏による固体基板上に吸着した分子の光マニピュレーション

公募研究

研究領域光圧によるナノ物質操作と秩序の創生
研究課題/領域番号 17H05470
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
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

今田 裕  国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 研究員 (80586917)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
8,840千円 (直接経費: 6,800千円、間接経費: 2,040千円)
2018年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2017年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
キーワード光圧 / 分子操作 / 走査プローブ顕微鏡 / プラズモンー励起子結合 / 単一分子分光 / 単一分子 / プラズモン-励起子結合 / 単分子発光分光 / 単分子吸収分光 / 物質操作
研究実績の概要

個々の原子・分子を固体基板上に自在に配置し、デザインした機能を発現させる事は基礎科学のみならず応用を見据えた研究展開においても重要な課題である。ボトムアップのアプローチとしての走査トンネル顕微鏡(STM)を用いた分子操作は広く発展してきているが、STMと光圧を組み合わせた “光”分子操作は実現されていない。本研究の目的は、分子固有の共鳴吸収線を活用してSTM環境下で光分子操作を実現する事である。
固体基板上で分子の光マニピュレーションを実現するためには、分子固有の遷移エネルギーに共鳴する光を照射する事が必要である。昨年度導入した波長可変レーザーをSTMに導入する際のレーザー照射システムを改良し、マイクロメートルの精度で精密に焦点を合わせられる機構を整えた。これにより、昨年度までの100倍近い効率でシグナルを検出することに成功した。また、この照射システムの改良の結果、熱的な効果を大きく抑制した条件下において、基板上で分子を移動させることに成功した。また、単一分子への光圧印加の物理を解明できる基盤として、分子固有の共鳴エネルギーを精密に計測できるシステムを構築する必要が顕在化し、LabVIEWを用いた計測システムの開発を継続して行っている。
昨年度着手した、理論研究者との共同研究も加速させている。より実験条件に近い三次元的な金属構造をモデルとして用い、異方性のある分子に印加される光圧のシミュレーションを行った。

現在までの達成度 (段落)

平成30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

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (29件)

すべて 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件) 学会発表 (24件) (うち国際学会 5件、 招待講演 10件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Max Planck Institute(Germany)

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] Many-Body State Description of Single-Molecule Electroluminescence Driven by a Scanning Tunneling Microscope2019

    • 著者名/発表者名
      Miwa Kuniyuki、Imada Hiroshi、Imai-Imada Miyabi、Kimura Kensuke、Galperin Michael、Kim Yousoo
    • 雑誌名

      Nano Letters

      巻: 19 号: 5 ページ: 2803-2811

    • DOI

      10.1021/acs.nanolett.8b04484

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Selective triplet exciton formation in a single molecule2019

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

      Nature

      巻: 印刷中

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Single-Molecule Investigation of Energy Dynamics in a Coupled Plasmon-Exciton System2017

    • 著者名/発表者名
      Imada Hiroshi、Miwa Kuniyuki、Imai-Imada Miyabi、Kawahara Shota、Kimura Kensuke、Kim Yousoo
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 119 号: 1 ページ: 013901-013901

    • DOI

      10.1103/physrevlett.119.013901

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 近接場光と単一分子の相互作用の原子スケール解析:単一分子の光マニピュレーションに向けて2019

    • 著者名/発表者名
      今田裕
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会(招待講演)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] STM発光分光法を用いた単一分子での励起子生成・消滅過程の可視化2019

    • 著者名/発表者名
      今井みやび, 今田裕, 木村謙介, 三輪邦之, 竹谷純一, 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を用いた単一分子内での選択的な三重項励起子形成2019

    • 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] 多体状態を基底とした単一分子の光電変換に関する理論解析2019

    • 著者名/発表者名
      三輪邦之, 今田裕, 木村謙介, 今井みやび, 金有洙, Michael Galperin
    • 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] 走査トンネル顕微鏡を用いた発光/吸収分光の開発と応用2019

    • 著者名/発表者名
      今田裕
    • 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
    • 招待講演
  • [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, 川合眞紀, 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
  • [学会発表] Single-molecule investigation of a triplet exciton formation with 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
      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
    • 招待講演
  • [学会発表] Enhancement of single molecule electroluminescence by controlling excitation and deexcitation pathways2018

    • 著者名/発表者名
      M. Imai-Imada, H. Imada, K. Miwa, K. Kimura, J. Takeya, 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
    • 招待講演
  • [学会発表] Atomically-precise investigation of intermolecular energy transfer with scanning tunneling microscopy2018

    • 著者名/発表者名
      H. Imada, K. Miwa, M. Imai-Imada, S. Kawahara, K. Kimura, 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
    • 招待講演
  • [学会発表] Single-molecule absorption spectroscopy with STM2018

    • 著者名/発表者名
      H. Imada, K. Miwa, M. Imai-Imada, K. Kimura, 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
    • 招待講演
  • [学会発表] 分子内電子間相互作用および振電相互作用を考慮した単一分子の電界誘起発光の量子多体理論2018

    • 著者名/発表者名
      三輪邦之, 今田裕, 木村謙介, 今井みやび, M. Galperin, 金有洙
    • 学会等名
      日本物理学会第73回年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 走査トンネル顕微鏡を用いた電荷注入による三重項励起子の選択的形成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73回年次大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 共鳴吸収と熱ゆらぎの協奏による固体基板上に吸着した分子の光マニピュレーション2018

    • 著者名/発表者名
      今田裕
    • 学会等名
      新学術領域研究「光圧によるナノ物質操作と秩序の創生」第2回公開シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 走査トンネル顕微鏡で見る電磁場と単一分子の相互作用:単一分子の光マニピュレーションに向けて2018

    • 著者名/発表者名
      今田裕
    • 学会等名
      新学術領域研究「光圧によるナノ物質操作と秩序の創生」第2回公開シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Single-molecule investigation of plasmon-exciton coupling2017

    • 著者名/発表者名
      H. Imada, K. Miwa, M. Imai-Imada, K. Kimura, S. Kawahara, Y. Kim
    • 学会等名
      5th Ito International Research Conference (IIRC5)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Interference effects on scanning tunneling microscope-induced light emission from coupled system of molecular exciton and interface plasmons2017

    • 著者名/発表者名
      K. Miwa, H. Imada, M. Imai-Imada, K. Kimura, Y. Kim
    • 学会等名
      5th Ito International Research Conference (IIRC5)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Phosphorescence detection from a single molecule with an STM2017

    • 著者名/発表者名
      K. Kimura, H. Imada, K. Miwa, M. Imai-Imada, S. Kawahara, J. Takaya, M. Kawai, Y. Kim
    • 学会等名
      5th Ito International Research Conference (IIRC5)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Spectroscopic investigation of single molecule energy dynamics with a scanning tunneling microscope2017

    • 著者名/発表者名
      H. Imada
    • 学会等名
      The 4th International Conference & Exhibition for Nanotechnology(NANOPIA 2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Single molecule investigation of energy absorption, emission, and transfer dynamics with a scanning tunneling microscope2017

    • 著者名/発表者名
      H. Imada
    • 学会等名
      Nano Korea 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 光と走査トンネル顕微鏡を組み合わせて見る単一分子エネルギー変換/移動ダイナミクス2017

    • 著者名/発表者名
      今田裕
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 単一分子の電界誘起発光における電子相関効果2017

    • 著者名/発表者名
      三輪邦之, 今田裕, 木村謙介, Michael Galperin, 金有洙
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 絶縁体超薄膜上に吸着したPTCDA単一分子からの選択的な燐光発生2017

    • 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2017年秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 光STMを用いた単一分子エネルギーダイナミクスの分光解析2017

    • 著者名/発表者名
      今田裕
    • 学会等名
      第37回表面科学学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 分子からの走査トンネル顕微鏡発光における多体量子効果2017

    • 著者名/発表者名
      三輪邦之, 今田裕, 木村謙介, Galperin Michael, 金有洙
    • 学会等名
      第37回表面科学学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] ホームページ

    • URL

      http://www2.riken.jp/Kimlab/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

URL: 

公開日: 2017-04-28   更新日: 2019-12-27  

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