走査トンネル顕微鏡による芳香族分子の単一分子直接観察

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07640677
• 研究種目: 一般研究(C)
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 松本 卓也 大阪大学, 産業科学研究所, 助手 (50229556)
• 研究分担者: 北浜 克煕 大阪大学, 産業科学研究所, 助手 (20029903)
• キーワード: 走査トンネル顕微鏡 / 亜鉛フタロシアニン / コロネン / 表面吸着分子軌道 / 光励起キャリア / シリコン表面

研究概要

当研究課題では、走査トンネル顕微鏡(STM)による芳香族化合物の単一分子観察を行い、分子軌道の形やエネルギーとSTM像の関係を直接的に明かにすることにある。有機分子として、分子の形とHOMO-LUMOギャップが大きく異なる亜鉛フタロシアニンとコロネンを選び、基板としてシリコン単結晶(100)面の2×1再構成表面を用いた。亜鉛フタロシアニンの分子像は下地のシリコン原子のダイマーのパイ軌道との重なりに強く依存することを見いだした。コロネン分子と亜鉛フタロシアニン分子は、普通のSTM像では共に明るい像として観察される。ところが、レーザー光照射下におけるトンネル電流を検知することで、分子吸着状態における表面準位をより顕著に反映したSTM像が得られることを見いだした。コロネン分子はHOMO-LUMO間の準位の開きが大きく、基板であるシリコン単結晶のバンドギャップより大きなギャップをもつ吸着電子状態を形成する。この場合、吸着分子軌道は、吸着構造により、シリコンのバンドギャップレーザー光により励起されたキャリアは分子軌道の影響を受けない。これに対して、亜鉛フタロシアニン分子は、HOMO-LUMO間のギャップが小さく、常に励起キャリアの再結合サイトとして働くことが判った。以上の結果は、光照射STMにより、分子のもつ軌道エネルギーの違いを画像化できることを示している。この手法は本研究計画の目的である、分子軌道の実空間における直接的観察をより進んだ方法で実現したといえる。よって平成8年度はこの光STM法を中心に据えて、研究を進める計画である。

研究成果

• [文献書誌] K.Koguchi: "Atomic-Scale Images of the Growth Surface of Ca_<1-x>Sr_xCUO2 Thin Films" Science. 267. 71-73 (1995)
• [文献書誌] T.Matsumoto: "Temperature-Dependent Tunneling Spectra of Bi2Sr2CaCu208 Single Crystals with Well-Defined Bi_2Sr_2CuO_6 Epitaxial Layers" Physical Review B. 52. 591-602 (1995)
• [文献書誌] S.Choopun: "Low-Temperature Growth of Bi_4Ti_3O_<12> Epitaxial Films on SrTiO_3(001) and Bi_2Sr_2CaCu_2O_8(001) Single Crystals by Laser Molecular Beam Epitaxy" Applied Physics Letters. 67. 1072-1074 (1995)
• [文献書誌] T.Matsumoto: "Photoinduced STM Study of Organic Molecules on si(100) Surface" Proceedings of Worshop of“Tunneling Characteristics of Individual Surface Atoms". 109-111 (1995)
• [文献書誌] K.Koguchi: "Probing of the Density of States near the Fermi Level in (Ca,Sr) CuO2 Infinit Layer Thin Films by STM/STS" Physica C. 258. 47-52 (1996)
• [文献書誌] Y.Maeda: "Adsorption Structure of Copper-phthalocyanine Molecules on a Si(100)2x1 Surface by Scanning Tunneling Microscopy" Japanease Journal of Applied Physics. (in press). (1996)