走査トンネル顕微鏡で拓く微小極限の光科学

2021 年度 実績報告書

• 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 (段落)

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

今後の研究の推進方策

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] University of the Philippines Diliman(フィリピン)
  • 国名: フィリピン
  • 外国機関名: University of the Philippines Diliman
• [国際共同研究] University of Illinois Chicago(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: University of Illinois Chicago
• [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] Orbital-resolved visualization of single-molecule photocurrent channels (2022)
  • 著者名/発表者名: Imai-Imada Miyabi、Imada Hiroshi、Miwa Kuniyuki、Tanaka Yusuke、Kimura Kensuke、Zoh Inhae、Jaculbia Rafael B.、Yoshino Hiroko、Muranaka Atsuya、Uchiyama Masanobu、Kim Yousoo
  • 雑誌名: Nature 巻: 603 ページ: 829～834
  • DOI: 10.1038/s41586-022-04401-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dissociation of Single O ₂ Molecules on Ag(110) by Electrons, Holes, and Localized Surface Plasmons (2022)
  • 著者名/発表者名: Lee Minhui、Kazuma Emiko、Jung Jaehoon、Trenary Michael、Kim Yousoo
  • 雑誌名: The Chemical Record 巻: e202200011 ページ: -
  • DOI: 10.1002/tcr.202200011
• [雑誌論文] Visualization of Frontier Molecular Orbital Separation of a Single Thermally Activated Delayed Fluorescence Emitter by STM (2021)
  • 著者名/発表者名: Zoh Inhae、Imai-Imada Miyabi、Bae Jaehyun、Imada Hiroshi、Tsuchiya Youichi、Adachi Chihaya、Kim Yousoo
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry Letters 巻: 12 ページ: 7512～7518
  • DOI: 10.1021/acs.jpclett.1c02140
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single-molecule laser nanospectroscopy with microelectron volt energy resolution (2021)
  • 著者名/発表者名: Imada Hiroshi、Imai-Imada Miyabi、Miwa Kuniyuki、Yamane Hidemasa、Iwasa Takeshi、Tanaka Yusuke、Toriumi Naoyuki、Kimura Kensuke、Yokoshi Nobuhiko、Muranaka Atsuya、Uchiyama Masanobu、Taketsugu Tetsuya、Kato Yuichiro K.、Ishihara Hajime、Kim Yousoo
  • 雑誌名: Science 巻: 373 ページ: 95～98
  • DOI: 10.1126/science.abg8790
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dissociation Mechanism of a Single O₂ Molecule Chemisorbed on Ag(110) (2021)
  • 著者名/発表者名: Lee Minhui、Kazuma Emiko、Zhang Chi、Trenary Michael、Takeya Jun、Jung Jaehoon、Kim Yousoo
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry Letters 巻: 12 ページ: 9868～9873
  • DOI: 10.1021/acs.jpclett.1c02456
• [学会発表] 走査トンネル顕微鏡と近接場光学の融合による単一分子ナノ分光 (2022)
  • 著者名/発表者名: 今田裕
  • 学会等名: 北大理論化学シンポジウム：光と分子の相互作用
  • 招待講演
• [学会発表] STM study of overtone-mode induced dissociation of a single O2 molecule chemisorbed on Ag(110) (2022)
  • 著者名/発表者名: 李 民喜, 数間 恵弥子，竹谷 純一，金 有洙
  • 学会等名: NanospecFY2021mini
  • 国際学会
• [学会発表] 光走査トンネル顕微鏡を用いた単一分子反応の観察 (2022)
  • 著者名/発表者名: 数間 恵弥子
  • 学会等名: 電気化学会第89回大会
  • 招待講演
• [学会発表] プラズモン誘起解離反応の実空間研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 数間 恵弥子
  • 学会等名: 日本物理学会第77回年次大会
  • 招待講演
• [学会発表] Precise investigation of the resonance state of a single molecule in a plasmonic nanocavity (2021)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Imada
  • 学会等名: Pacifichem 2021
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Orbital-resolved visualization of exciton creation and annihilation in a single molecule (2021)
  • 著者名/発表者名: Miyabi Imai-Imada, Hiroshi Imada, Kensuke Kimura, Kuniyuki Miwa, Jun Takeya, Yousoo Kim
  • 学会等名: Pacifichem 2021
  • 国際学会
• [学会発表] STM Visualization of Frontier Molecular Orbital Separation of a Single TADF Emitter (2021)
  • 著者名/発表者名: Inhae Zoh, Miyabi Imai-Imada, Jaehyun Bae, Hiroshi Imada, Youichi Tsuchiya, Chihaya Adachi, and Yousoo Kim
  • 学会等名: The 9th International Symposium on Surface Science
  • 国際学会
• [学会発表] Single-molecule precise laser nanospectroscopy (2021)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Imada, Miyabi Imai-Imada, Kuniyuki Miwa, Hidemasa Yamane, Takeshi Iwasa, Yusuke Tanaka, Naoyuki Toriumi, Kensuke Kimura, Nobuhiko Yokoshi, Atsuya Muranaka, Masanobu Uchiyama, Tetsuya Taketsugu, Yuichiro K. Kato, Hajime Ishihara, Yousoo Kim
  • 学会等名: The 9th International Symposium on Surface Science
  • 国際学会
• [学会発表] Atomic-scale investigation of single-molecule photocurrent generation (2021)
  • 著者名/発表者名: Miyabi Imai-Imada, Hiroshi Imada, Kuniyuki Miwa, Yusuke Tanaka, Kensuke Kimura, Inhae Zoh, Rafael B. Jaculbia, Hiroko Yoshino, Atsuya Muranaka, Masanobu Uchiyama, Yousoo Kim
  • 学会等名: The 9th International Symposium on Surface Science
• [学会発表] Single-molecule laser nanospectroscopy using near-field optics with scanning tunneling microscopy (2021)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Imada
  • 学会等名: The Eighth NYCU-RIKEN Symposium on Physical and Chemical Sciences
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 先端的光源と走査トンネル顕微鏡の融合による極微分光 (2021)
  • 著者名/発表者名: 今田裕
  • 学会等名: 第１３回放射光学会若手研究会「先端的レーザー分光測定技術の進化とその応用」
  • 招待講演
• [学会発表] STM Visualization of Frontier Molecular Orbital Separation of a Single Thermally Activated Delayed Fluorescence Emitter (2021)
  • 著者名/発表者名: 趙仁海, 今井みやび, 裵宰玄, 今田裕, 土屋陽一,安達千波矢, 金有洙
  • 学会等名: 表面・界面スペクトロスコピー2021
• [学会発表] 光STMを用いた単一分子の精密ナノ分光 (2021)
  • 著者名/発表者名: 今田裕
  • 学会等名: 2021年日本表面真空学会学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 半導体GaAsの帯電したドーパント近傍におけるトンネルスピン注入効率の局所変調観察 (2021)
  • 著者名/発表者名: 山本駿玄
  • 学会等名: 表面界面スペクトロスコピー
• [学会発表] Single-molecule studies of plasmon-induced dissociation reactions on metal surfaces using STM (2021)
  • 著者名/発表者名: Emiko Kazuma, Minhui Lee, Jung, Jaehoon, Michael Trenary, Yousoo Kim
  • 学会等名: Pacifichem 2021
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 理化学研究所Kim表面界面科学研究室
  • URL: http://www2.riken.jp/Kimlab/index.html
• [産業財産権] 走査型トンネル顕微鏡及び方法 (2021)
  • 発明者名: 今井みやび, 今田裕, 吉野紘子,金有洙
  • 権利者名: 今井みやび, 今田裕, 吉野紘子,金有洙
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2021-149636