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

1996 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07640677
• 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 克熙 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 / 表面局所状態密度 / 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など、分子のもつ個性がSTM像にどのように反映されるかを直接的に明かにすることを目的とした。平成7年度の研究において、レーザー光照射によるトンネル電流の変位を検知することで、分子吸着状態における表面準位をより顕著に反映した単一分子像が得られることを見いだした。平成8年度は吸着構造と電子状態の違いが、どのように光STM像に反映されるかについて、詳細に調べた。測定方法は平成7年度に開発した光変調法に加えて、表面の局所状態密度を調べるために、バイアス変調法の開発を行い、光変調像とバイアス変調像の比較から、表面光起電力の局所状態密度効果と光励起キャリアの効果の分離を行った。対象とした分子は形と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はバイアス変調像のコントラストが強く、フェルミ面付近に大きな状態密度を持つので、光変調像は表面起電力により生ずる。これに対して、コロネン分子はバイアス変調像のコントラストが小さく、状態密度が小さいので、光変調像は励起キャリアの直接的なトンネリングの影響が強く現れ、コロネン分子像のコントラストの原因となっていることを見いだした。また、このコロネン分子の光変調像のコントラストは、吸着構造と強く関係していることも明かになった。
以上のように、亜鉛フタロシアニンとコロネン分子について走査トンネル顕微鏡を用いて芳香族分子の単一分子直接観察を行った。さらに光変調法やバイアス変調法を駆使して、分子の吸着構造、電子状態と画像の関係を明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] K.Koguchi: "Probing of the density of states near the Fermi level in (Ca.Sr)CuO ; infinite 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) 2×1 surface observed by scanning tunneling microscopy." Jpn.J.Appl.Phys.35. L405-L407 (1996)
• [文献書誌] A.Kudo: "Bias dependence of scanning tunneling microscopy images of Sr atoms adsorbed on SrTiO_3 (100) √5×√5 surface." Jpn.J.Appl.Phys.35. L1692-L1694 (1996)
• [文献書誌] R.Akiyama: "Electric field and constant interactions of the tip with adenine molecules on SrTiO_3 (100) -√5×√5 surface." Jpn.J.Appl.Phys.(in press).
• [文献書誌] Y.Maeda: "Photoexcited carrier effect on scanning tunneling microscopy of zine-phthalocyanine and coronene molecules on Si (100) 2×1 surface." Surface Sci.Lett.(in press).
• [文献書誌] Y.Maeda: "Photoexcited carrier effect on imaging of organic molecules on Si (100) 2×1 surface." Material Research Society Symposium Proceedings,Boston,U.S.A.(in press).