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2020 年度 実績報告書

走査トンネル顕微鏡で拓く微小極限の光科学

研究課題

研究課題/領域番号 18H05257
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

金 有洙  国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 主任研究員 (50373296)

研究分担者 数間 恵弥子  国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 研究員 (50633864)
今田 裕  国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 上級研究員 (80586917)
研究期間 (年度) 2018-06-11 – 2023-03-31
キーワード近接場光 / 走査トンネル顕微鏡 / 単一分子 / エネルギー移動・変換 / 表面
研究実績の概要

研究項目①~④の各実績の概要は以下の通りであり、順調に研究が進行している。
研究項目①:昨年度はジアリルエテン分子膜のスイッチング挙動について調べ、一部の分子が変化している様子が確認された。詳細を調べるため、ジアリルエテン単一分子のスイッチング挙動について詳細に調べたところ、トンネル電流を印加することで閉環体から開環体と考えられる一方向の変化が観察された。
研究項目②:昨年度に構築した近接場増強フォトルミネッセンスの計測システムを用いて、ドナー分子とアクセプター分子のそれぞれの孤立状態の物性を精査している。さらに独自に開発したCWレーザーでの精密レーザーナノ分光手法と合わせて、空間・エネルギーおよび空間・時間領域で高精度に分子間エネルギー移動を分光計測できるようになった。
研究項目③:昨年度、数psのパルス幅を持つレーザーを励起源として、STM探針先端に局在するプラズモン共鳴による電場増強効果を利用した、非線形光学現象である第二次高調波発生の観測に成功している。現在は二つの同期したパルスレーザーを励起源とした、差周波発生と和周波発生の実験を進めている。
研究項目④:局在表面プラズモンによる光学増強が可能となるスピン偏極STM探針を作製/手法確立するため、貴金属探針の先端を磁性体でコートする探針作製とその評価を行った。これにより、外部から導入した光磁場を増強しつつ磁性観測が可能となると期待できる。現在は、作製したコート探針で生じるプラズモン誘起発光の様子と印加磁場との相関関係を調査している。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

研究項目①:昨年度、ジアリルエテン分子膜のスイッチング挙動を調べ、一部の分子が変化している様子が確認された。詳細を調べるため、ジアリルエテン単一分子のスイッチング挙動について詳細に調べた。トンネル電流を印加することで閉環体から開環体と考えられる変化が観察された。一方、逆の変化は達成されなかった。トンネル電流では分子の可逆変化を誘起することは困難であり、今後、単一分子の光スイッチング挙動の検証が必要であると結論した。
研究項目②:昨年度、数psのパルス幅を持つチタンサファイヤモード同期レーザーを励起源とした、単一分子からの近接場増強フォトルミネッセンスの計測システムの構築を行った。パルスレーザーの波長範囲に強い共鳴を示す分子としてマグネシウムナフタロシアニン分子(MgNc)を新たに準備を行い、現在ドナー分子(MgNc)アクセプター分子(H2Nc)のそれぞれの孤立状態の物性を精査している。さらに独自に開発したCWレーザーでの精密レーザーナノ分光手法と合わせて、空間・エネルギーおよび空間・時間領域で高精度に分子間エネルギー移動を分光計測できる状況に進展してきている。
研究項目③:昨年度、数psのパルス幅を持つレーザーを励起源として、STM探針先端に局在するプラズモン共鳴による電場増強効果を利用した、非線形光学現象である第二次高調波発生の観測に成功している。現在は二つの同期したパルスレーザーを励起源とした、差周波発生と和周波発生の実験を進めている。
研究項目④:局在表面プラズモンによる光学増強が可能となるスピン偏極STM探針を作製/手法確立するため、貴金属探針の先端を磁性体でコートする探針作製とその評価を行った。これにより、外部から導入した光磁場を増強しつつ磁性観測が可能となると期待できる。現在は、作製したコート探針で生じるプラズモン誘起発光の様子と印加磁場との相関関係を調査している。

今後の研究の推進方策

研究項目①:単一分子の光スイッチング挙動の検証のため、基板との相互作用を考慮した分子系を検討する。
研究項目②:ドナー分子(MgNc)アクセプター分子(H2Nc)の二量体における分子間エネルギー移動を、独自に開発したCWレーザーでの精密レーザーナノ分光手法と合わせて、空間・エネルギーおよび空間・時間領域で高精度に計測する。
研究項目③:二つの同期したパルスレーザーを励起源としとして、STM探針先端に局在するプラズモン共鳴による電場増強効果を利用した、差周波発生と和周波発生の実験を進める。
研究項目④:局在表面プラズモンによる光学増強が可能となるスピン偏極STM探針で生じるプラズモン誘起発光の様子と印加磁場との相関関係を調査する。

  • 研究成果

    (22件)

すべて 2020 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 5件、 査読あり 5件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 2件、 招待講演 8件) 備考 (3件)

  • [国際共同研究] University of the Philippines(フィリピン)

    • 国名
      フィリピン
    • 外国機関名
      University of the Philippines
  • [国際共同研究] University of Illinois Chicago/UC Santa Barbara(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      University of Illinois Chicago/UC Santa Barbara
  • [国際共同研究] University of Ulsan/Seoul National University/GIST(韓国)

    • 国名
      韓国
    • 外国機関名
      University of Ulsan/Seoul National University/GIST
  • [雑誌論文] Tunable Optical Transition in 2H-MoS<sub>2</sub> via Direct Electrochemical Engineering of Vacancy Defects and Surface SC Bonds2020

    • 著者名/発表者名
      Park Younghee、Shin Seunghyun、An Youngjoon、Ahn Jong-Guk、Shin Geumbi、Ahn Chaehyeon、Bang Jiwon、Baik Jaeyoon、Kim Yousoo、Jung Jaehoon、Lim Hyunseob
    • 雑誌名

      ACS Applied Materials and Interfaces

      巻: 12 ページ: 40870~40878

    • DOI

      10.1021/acsami.0c09096

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] EXPRESS: Controlling the Resonance Raman Effect in Tip-Enhanced Raman Spectroscopy Using a Thin Insulating Film2020

    • 著者名/発表者名
      Jaculbia Rafael、Hayazawa Norihiko、Imada Hiroshi、Kim Yousoo
    • 雑誌名

      Applied Spectroscopy

      巻: 74 ページ: 1391~1397

    • DOI

      10.1177/0003702820938366

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Single‐Molecule Study of a Plasmon‐Induced Reaction for a Strongly Chemisorbed Molecule2020

    • 著者名/発表者名
      Kazuma Emiko、Lee Minhui、Jung Jaehoon、Trenary Michael、Kim Yousoo
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 59 ページ: 7960~7966

    • DOI

      10.1002/anie.202001863

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Centimeter-Scale and Highly Crystalline Two-Dimensional Alcohol: Evidence for Graphenol (C<sub>6</sub>OH)2020

    • 著者名/発表者名
      Lim Hyunseob、Park Younghee、Lee Minhui、Ahn Jong-Guk、Li Bao Wen、Luo Da、Jung Jaehoon、Ruoff Rodney S.、Kim Yousoo
    • 雑誌名

      Nano Letters

      巻: 20 ページ: 2107~2112

    • DOI

      10.1021/acs.nanolett.0c00103

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Single-molecule resonance Raman effect in a plasmonic nanocavity2020

    • 著者名/発表者名
      Jaculbia Rafael B.、Imada Hiroshi、Miwa Kuniyuki、Iwasa Takeshi、Takenaka Masato、Yang Bo、Kazuma Emiko、Hayazawa Norihiko、Taketsugu Tetsuya、Kim Yousoo
    • 雑誌名

      Nature Nanotechnology

      巻: 15 ページ: 105~110

    • DOI

      10.1038/s41565-019-0614-8

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Single-molecule study of the plasmon-Induced dissociation of O2 molecules2020

    • 著者名/発表者名
      E. Kazuma, M. Lee, J. Jung, M. Trenary, Y. Kim
    • 学会等名
      The 5th International Workshop on Advanced Nanoscience and Nanomaterials 2020
    • 国際学会
  • [学会発表] Tip-enhanced Raman spectroscopy and imaging of a single molecule in ultrahigh vacuum and low temperature environments2020

    • 著者名/発表者名
      R. B. Jaculbia, H. Imada, N. Hayazawa, Y. Kim
    • 学会等名
      The Philippine-American Academy of Science and Engineering
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] STM study on electronic structure of TADF emitter2020

    • 著者名/発表者名
      I. Zoh, M. Imai-Imada, H. Imada, Y. Kim
    • 学会等名
      第14回表面・界面スペクトロスコピー2020
    • 招待講演
  • [学会発表] 単一酸素分子のプラズモン誘起解離反応の実空間観測2020

    • 著者名/発表者名
      数間恵弥子
    • 学会等名
      分子研研究会 「ナノ空間で光が織りなす分子操作・化学反応制御の新展開」
    • 招待講演
  • [学会発表] 単一分子プラズモン誘起解離反応の光STM観測・解析2020

    • 著者名/発表者名
      数間恵弥子
    • 学会等名
      ACE Meeting Online II
    • 招待講演
  • [学会発表] STMを用いた単一分子の精密レーザー分光2020

    • 著者名/発表者名
      今田裕, 今井みやび, 三輪邦之, 木村謙介, 金有洙
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
  • [学会発表] STM発光分光法による単一分子励起・脱励起過程の実空間計測2020

    • 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2020年秋季大会
  • [学会発表] プラズモンが誘起する単一分子化学反応の実空間観測2020

    • 著者名/発表者名
      数間恵弥子
    • 学会等名
      JST ・触媒学会共催オンライン公開シンポジウム-革新的触媒と反応制御の今後-
    • 招待講演
  • [学会発表] 光STMを用いたプラズモン誘起化学反応の単一分子レベル解析2020

    • 著者名/発表者名
      数間恵弥子
    • 学会等名
      表面真空学会関東支部の講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] Nanoscale analysis and control of chemical reactions induced by Iocalized surface plasmon2020

    • 著者名/発表者名
      数間恵弥子
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会(2020)
    • 招待講演
  • [学会発表] STM発光分光法を用いた選択的な三重項励起子形成の単一分子計測2020

    • 著者名/発表者名
      木村謙介, 三輪邦之, 今田裕, 今井みやび, 河原祥太, 竹谷純一, 川合眞紀, マイケル ガルペリン, 金有洙
    • 学会等名
      第48回応用物理学会秋季学術講演会
    • 招待講演
  • [備考] ナノの光による単一酸素分子の分解

    • URL

      https://www.riken.jp/press/2020/20200323_1/index.html

  • [備考] 単一分子による共鳴ラマン散乱の可視化に成功

    • URL

      https://www.riken.jp/press/2020/20200217_1/index.html

  • [備考] Kim表面界面科学研究室

    • URL

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

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公開日: 2022-12-28  

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