分子間相互作用を用いた分子の同定と制御

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11226203
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 山田 啓文 京都大学, 工学研究科, 助教授 (40283626)
• 研究分担者: 杉村 博之 名古屋大学, 工学研究科, 助教授 (10293656) ; 石田 謙司 京都大学, 工学研究科, 助手 (20303860) ; 堀内 俊寿 京都大学, 工学研究科, 助手 (10238785)
• キーワード: 非接触原子間力顕微鏡 / NC-AFM / 分子分解能観察 / フラーレン分子 / 表面電位 / ケルビンプローブ顕微鏡 / 化学修飾探針 / 自己組織化膜

研究概要

有機分子系への電気的接合を考える上で、分子-金属・半導体界面接合部の電子構造は重要な役割を担うことになるが、こうした有機分子-基板界面における電子構造や電気的性質についての微視的理解についてはほとんど進んでいない。ケルビンプローブ顕微鏡(KPFM)は、界面接合部の電子状態を反映する表面電位分布を高分解能で測定する手法であるが、特に非接触原子間力顕微鏡(NC-AFM)との組み合わせは、有機分子薄膜系の分子分解能での電気的評価につながることが期待される。
本年度の研究では、このKPFMによってSi(111)表面上のフラーレン(C_<60>)分子薄膜の表面電位の評価を行った。結果は、C_<60>分子の島状結晶部と単分子層部では異なる表面電位を示したが、この違いはSiダングリングボンドからC_<60>単分子層への電荷移動に起因すると思われる。Si直上に位置する単分子層中のC_<60>分子のLUMOは、Si(111)表面のフェルミレベル近傍に一致するが、電荷移動は単分子層より上に位置する島状結晶内の分子には起こりにくいため、結果として単分子層部では異なる表面電位をもったと考えられる。
さらに、AFM探針-試料間にはたらく化学的相互作用を検出するために、探針先端表面の化学的性質を制御することを試みた。分子末端にさまざまな官能基をもつアルカンチオール分子やシラン系分子などの自己組織性をもつ分子を、探針表面に付着させることで探針表面の化学的物性を制御することが可能となる。本実験では、アミノ基、カルボン酸基をその末端にもつアルカンチオールCH_2NH_2(CH_2)_<10>SH、CH_2COOH(CH_2)_9SHなどを用いて化学修飾探針を作製し、化学的相互作用が試料分子の表面電位に与える影響についての測定を行った。

研究成果

• [文献書誌] S.P.Jarvis: "Normal and lateral force investigation using magnetically activated force sensors"Applied Surface Science. 157. 314-319 (2000)
• [文献書誌] K.Kobayashi: "Structures and Electrical Properties of Fullerene Thin Films on Si(111)-7x7 Surface Investigated by Non-contact Atomic Force Microscopy"Japan Journal Applied Physics. Vol.39,Part1 No.6B. 3827-3829 (2000)
• [文献書誌] T.Fukuma: "Nanometer-Scale Characterization of Ferroelectric Polymer Thin Films by Variable-Temperature Atomic Force Microscopy"Japan Journal Applied Physics. Vol.39,Part1 No.6B. 3830-3833 (2000)
• [文献書誌] K.Noda: "Structures and Ferroelectric Natures of Epitaxially Grown Vinylidene Fluoride Oligomer Thin Films"Japan Journal Applied Physics. Vol.39,Part1 No.11. 6358-6363 (2000)
• [文献書誌] H.Sugimura: "Micropatterning of alkyl and fluoroalkylsilane self-assembled monolayers using vacuum ultra-violet light"Langmuir. Vol.16 No.3. 885-888 (2000)
• [文献書誌] K.Kobayashi: "Surface Potential Measurement on Organic Ultrathin Film by Kelvin Probe Force Microscopy using Piezoelectric Cantilever"Japan Journal Applied Physics,. (in press).