分子の状態がどこまで分かれば表面増強ラマンの増強機構を完全に理解できるのか?

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17K19100
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 木口 学 東京工業大学, 理学院, 教授 (70313020)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2019-03-31
• キーワード: 表面増強ラマン散乱 / 単分子接合 / 電流電圧計測

研究実績の概要

今年度は、単分子接合の表面増強ラマン散乱(SERS)と電流―電圧特性(I-V)の同時計測を行った。そして光学特性と電気特性の相関、および同時計測に基づく界面構造の決定に関して研究を展開した。特に、同時計測に基づく単分子接合の界面構造決定で顕著な成果を得た。同時計測を行った所、SERSは単分子接合形成時に著しく増強され、単分子のSERSを計測していることが示された。観測された単分子接合のSERSを詳細に解析すると、伝導度に応じて振動数が変化することが分かった。アミノベンゼンチオール単分子接合における、ラマンシフトとI-Vから決定した電気的な金属―分子カップリング強度の相関図を解析した所、振動数が小さく、カップリングが大きい状態（状態１）と、振動数が大きく、カップリングの小さな状態（状態２）が観測された。モデルクラスターを用いて、電気的なカップリングと振動数を求め、実験結果と比較することで、状態１がbridgeサイト、状態２がhollowサイトに帰属することができた。ここで強調したいのは、振動数およびカップリング強度単体では分離出来なかった2つの吸着状態を、SERSとI-Vの情報を組み合わせることで、初めて分離出来たことである。SERSとI-Vの解析から、単分子接合における分子の吸着サイトを決定出来ることが分かったので、本手法を吸着サイトの時間変化の解析に適用した。その結果、hollowからbridgeに時間と共に吸着構造が変化している様子を明らかにすることも出来た。

研究成果

• [雑誌論文] Bias Voltage Induced Surface-Enhanced Raman Scattering Enhancement on the Single-Molecule (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Kaneko, K. Yasuraoka, M. Kiguchi
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 123 ページ: 6502-6507
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.8b11595
  • 査読あり
• [雑誌論文] Triptycene Tripods for the Formation of Highly Uniform and Densely Packed Self-Assembled Monolayers with Controlled Molecular Orientation (2019)
  • 著者名/発表者名: F. Ishiwari, G. Nascimbeni, E. Sauter, H. Tago, Y. Shoji, S. Fujii, M. Kiguchi, T. Tada, M.Zharnikov, E. Zojer, T. Fukushima
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 141 ページ: 5995-6005
  • DOI: 10.1021/jacs.9b00950
  • 査読あり
• [雑誌論文] Control of molecular orientation in a single-molecule junction with a tripodal triptycene anchoring unit: toward a simple and facile single-molecule diode (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Fujii, F. Ishiwari, T. Komoto, L. Su, Y. Yamagata, A. Kosaka, A. Aiba, T. Nishino, T. Fukushima, M. Kiguchi
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 58 ページ: 035003 (1-6)
  • DOI: 10.7567/1347-4065/ab0436
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Near-infrared-light-induced decomposition of Rhodamine B triggered by localized surface plasmon (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Kaneko, S. Watanabe, S. Kasai, T. Nishino, K. Tsukagoshi, M. Kiguchi
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 9 ページ: 035153 (1-5)
  • DOI: 10.1063/1.5093763
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Investigation on the formation process of metal atomic filament for metal sulfide atomic switches by electrical measurement (2019)
  • 著者名/発表者名: R. Koizumi, A. Aiba, S. Kaneko, S. Fujii, T. Nishino, M. Kiguchi
  • 雑誌名: Nanotechnology 巻: 30 ページ: 125202 (1-5)
  • DOI: 10.1088/1361-6528/aafc79
  • 査読あり
• [雑誌論文] Surface enhanced Raman scattering on molecule junction (2019)
  • 著者名/発表者名: M. Kiguchi, A. Aiba, S. Fujii, S. Kobayashi
  • 雑誌名: Appl. Mater. Today 巻: 14 ページ: 76-83
  • DOI: 10.1016/j.apmt.2018.10.008
  • 査読あり
• [雑誌論文] Controlling Stacking Order and Charge Transport in pi-Stacks of Aromatic Molecules Based on Surface Assembly (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Iwane, T. Tada, T. Osuga, T. Murase, M. Fujita, T. Nishino, M. Kiguchi, S. Fujii
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 54 ページ: 12443-12446
  • DOI: 10.1039/C8CC06430J
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electronic Properties of Single Atom and Molecule Junctions (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Aiba, M. Iwane, S. Fujii, M. Kiguch
  • 雑誌名: ChemElectroChem 巻: 5 ページ: 2508-2517
  • DOI: 10.1002/celc.201800787
  • 査読あり
• [雑誌論文] “Doping” of Polyyne with An Organometallic Fragment Leads to Highly Conductive Metallapolyyne Molecular Wire (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Tanaka, Y. Kato, T. Tada, S. Fujii, M. Kiguchi, M. Akita
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 140 ページ: 10080－10084
  • DOI: 10.1021/jacs.8b04484
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dependence of Stretch Length on Electrical Conductance and Electronic Structure of the Benzenedithiol Single Molecular Junction (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Kobayashi, S. Kaneko, S. Fujii, T. Nishino, K. Tsukagoshi, M. Kiguchi
  • 雑誌名: e-J. Surf. Sci. Nanotech. 巻: 16 ページ: 145-149
  • DOI: 10.1380/ejssnt.2018.145
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Photochemical Reaction Using Aminobenzenethiol Single Molecular Junction (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsuzawa, S. Kaneko, S. Fujii, T. Nishino, K. Tsukagoshi, M. Kiguchi
  • 雑誌名: e-J. Surf. Sci. Nanotech. 巻: 16 ページ: 137-141
  • DOI: 10.1380/ejssnt.2018.137
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Single Ruthenium Tris Bipyridine Molecular Junction having Multiple Joint Configurations (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Komoto, Y. Yamazaki, Y. Tamaki, M. Iwane, T, Nishino, O. Ishitani, M. Kiguchi, S. Fujii
  • 雑誌名: Chem. Asian J. 巻: 13 ページ: 1297-1301
  • DOI: 10.1002/asia.201800166
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fluctuation in Interface and Electronic Structure of Single-Molecule Junctions Investigated by Current versus Bias Voltage Characteristics (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Isshiki, S. Fujii, T. Nishino, and M. Kiguchi
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 140 ページ: 3760-3767
  • DOI: 10.1021/jacs.7b13694
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impact of junction formation process on single molecular conductance (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Isshiki, S. Fujii, T. Nishino, M. Kiguchi
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 巻: 20 ページ: 7947-7952
  • DOI: 10.1039/C8CP00317C
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetism of nanographene-based microporous carbon and its applications: Interplay of edge geometry and chemistry details in the edge state (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Enoki, M. Kiguchi
  • 雑誌名: Phys. Rev. Appl. 巻: 9 ページ: 037001 (1-18)
  • DOI: 10.1103/PhysRevApplied.9.037001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Investigation on Single-Molecule Junction Based on Current-Voltage Characteristics (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Isshiki, Y. Matsuzawa, S. Fujii, M. Kiguchi
  • 雑誌名: Micromachines 巻: 9 ページ: 67 (1-15)
  • DOI: 10.3390/mi9020067
  • 査読あり
• [雑誌論文] Challenges for single molecule electronic devices with nanographene and organic molecules. Do single molecules offer potential as elements of electronic devices in the next generation? (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Enoki, M. Kiguchi
  • 雑誌名: Physica Scripta 巻: 93 ページ: 053001 (1-17)
  • DOI: 10.3390/mi9020067
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single-molecule junction of π molecule (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Komoto, S. Fujii, M. Kiguchi
  • 雑誌名: Mater. Chem. Front 巻: 2 ページ: 214-218
  • DOI: 10.1039/C7QM00459A
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single-molecule junction of an overcrowded ethylene with binary conductance states (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Koike, S. Fujii, H. Cho, Y. Shoji, T. Nishino, T. Fukushima, M. Kiguchi
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 巻: 57 ページ: 03EG05 (1-4)
  • DOI: 10.1039/C7QM00459A
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 表面増強ラマン散乱と電気計測を用いた単一分子計測 (2019)
  • 著者名/発表者名: 木口学
  • 学会等名: 第99回日本化学会年会
• [学会発表] 規定された金ナノギャップにおけるニトロチオフェノールの光還元反応 (2019)
  • 著者名/発表者名: 金子哲, 渡部修平, 葛西伸哉, 塚越一仁, 木口学
  • 学会等名: 日本化学会第99春季年会
• [学会発表] 1,4-ベンゼンジチオール単分子接合における振動エネルギーの印加電圧依存性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 安楽岡浩司, 金子哲, 塚越一仁, 木口学
  • 学会等名: 日本化学会第99春季年会
• [学会発表] ナノグラフェンの電子状態と伝導特性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤井慎太郎, 木口学
  • 学会等名: 日本化学会第99春季年会
• [学会発表] 表面に吸着したπスタック分子の積層構造及び伝導特性の制御 (2019)
  • 著者名/発表者名: 岩根まどか, 藤井慎太郎, 木口学
  • 学会等名: 日本物理学会 第74回年次大会
• [学会発表] 分子接合形成プロセスによる伝導状態の変化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 一色裕次, 藤井慎太郎, 木口学
  • 学会等名: 日本物理学会 第74回年次大会
• [学会発表] Charge transport properties of mechanochromic single-molecule junctions (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Fujii, M. Koike, M. Kiguchi, Y. Shoji, T. Fukushima
  • 学会等名: ECOSS34 Aarhus
  • 国際学会
• [学会発表] Single-Molecule Electron Transport Properties of Sumanene Derivatives with Phosphine Sulfide Anchoring Groups (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Iwane, S. Fujii, M. Kiguchi, S. Furukawa, M. Saito
  • 学会等名: ECOSS34
  • 国際学会
• [学会発表] Elucidation of the switching mechanism of atom switch based on electric Measurement (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Aiba, M. Kiguchi
  • 学会等名: ECOSS34
  • 国際学会
• [学会発表] Continuous and Simultaneous Measurement of Electrical Conductance and SERS for the Single Molecular Junction (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Kobayashi, S. Kaneko, M. Kiguchi
  • 学会等名: ECOSS34
  • 国際学会
• [学会発表] Single-Molecule Charge Transport Properties of Endofullerene (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Cho, S. Fujii, M. Kiguchi, Y. Hashikawa, Y. Murata
  • 学会等名: ECOSS34
• [学会発表] Characterization of Molecular Adsorption Site of Single Molecular Device based on Simultaneous SERS and Electrical Measurement (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Kiguchi
  • 学会等名: ECOSS34
• [学会発表] 伸長過程における単分子接合の界面構造と電子状態 (2018)
  • 著者名/発表者名: 藤井慎太郎、一色祐次、木口学
  • 学会等名: 第12回分子科学討論会
• [学会発表] Cu電極を用いた水単分子接合における光分解反応の追跡 (2018)
  • 著者名/発表者名: 福住理紗、金子哲、木口学
  • 学会等名: 第12回分子科学討論会
• [学会発表] フラーレンの単分子電気伝導度の制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 長はる菜、藤井慎太郎、木口学、橋川祥史、村田靖次郎
  • 学会等名: 第12回分子科学討論会
• [学会発表] スマネン誘導体を用いた高い伝導性と安定性をあわせもつ単分子接合の作製 (2018)
  • 著者名/発表者名: 岩根まどか, 藤井慎太郎, 木口学, 古川俊輔, 斎藤雅一
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] 原子スイッチにおける量子化伝導度の観測 (2018)
  • 著者名/発表者名: 相場諒, 金子哲, 木口学
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] 電気伝導特性と SERS スペクトルの同時連続計測によるBDT単分子接合の構造変化の解明 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小林柊司, 金子哲, 木口学
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] Cu電極に架橋した水単分子の光化学反応 (2018)
  • 著者名/発表者名: 木口学
  • 学会等名: 日本物理学会2018秋季大会
• [学会発表] C60単分子接合における架橋構造変化の観測 (2018)
  • 著者名/発表者名: 金子哲, 塚越一仁, 木口学
  • 学会等名: 第79回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] Fluctuation in Interface and Electronic Structure of Single-Molecule Junctions (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Isshiki, S. Fujii, and M. Kiguchi
  • 学会等名: 表面・界面スペクトロスコピー2018
• [学会発表] 単分子接合における吸着サイトを認識可能な分光法の開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 金子哲, 村井大午, 小本祐貴, 藤井慎太郎,中村恒夫, 木口学
  • 学会等名: 2018年日本表面真空学会学術講演会
• [学会発表] Single-Molecule Study on Nanocarbon Materials (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Fujii
  • 学会等名: PACSURF2018
  • 国際学会
• [備考] 木口・西野研究室ホームページ
  • URL: http://www.chemistry.titech.ac.jp/~kiguti/