プローブ顕微鏡を用いた単分子スペクトロスコピー

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21225001
• 研究種目: 基盤研究(S)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 物理化学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 川合 真紀 東京大学, 新領域創成科学研究科, 特任教授 (70177640)
• 研究分担者: 金 有洙 独立行政法人理化学研究所, Kim 表面界面研究室, 准主任研究員 (50373296) ; 高木 紀明 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (50252416) ; 上羽 弘 富山大学, 理工学研究部(工学), 教授 (70019214) ; 白木 將 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 講師 (80342799)
• 研究期間 (年度): 2009-05-11 – 2014-03-31
• キーワード: 表面・界面 / 単分子操作 / 走査プローブ / 分子分光

研究概要

走査トンネル顕微鏡は、原子分解能で固体表面の構造を観察する顕微鏡としてだけでなく、その探針から打出されるトンネル電子が、高い空間選択性とエネルギー分解能を有することから物質変換に有用な電子照射源としても利用できる。本研究では、探針から打出されるトンネル電子によって引き起こされる単分子の反応を解析するアクションスペクトロスコピーについて、高度にデザインされた実験と理論解析により、その基礎概念を確立した。

研究成果

• [雑誌論文] Dissociation pathways of a single dimethyl disulfide on Cu(111) : reaction induced by simultaneous excitation of two vibrational modes (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Motobayashi, Y. Kim, R. Arafune, M. Ohara, H. Ueba, M. Kawai
  • 雑誌名: J. Chem. Phys 巻: 140 ページ: 194705(1-8)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theory of action spectroscopy for single-molecule reactions induced by vibrational excitations with STM (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Frederiksen, M. Paulsson, H. Ueba
  • 雑誌名: Phys.Rev. B 巻: 89 ページ: 035427
  • 査読あり
• [雑誌論文] Isotope effect in acetylene C_2H_2 and C_2D_2 rotations on Cu(001) (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. E. Shchadilova, S. G. Tikhodeev, M. Paulsson, H. Ueba
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 89 ページ: 165418
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct observation of adsorption geometry for the van der Waals adsorption of a single π-conjugated hydrocarbon molecule on Au(111) (2014)
  • 著者名/発表者名: J.-H. Kim, J. Jung, K. Tahara, Y. Tobe, Y. Kim, M. Kawai
  • 雑誌名: J. Chem. Phys 巻: 140 ページ: 074709(1-5)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Lateral hopping and desorption of a single CO molecule on a Cu(110) surface induced by femtosecond laser pulses (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Ueba, Y. Ootsuka
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 87 ページ: 205403
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rotation of a Single Acetylene Molecule on Cu(001) by Tunneling Electrons in STM (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. E. Shchadilova, S. G. Tikhodeev, M. Paulsson, H. Ueba
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett 巻: 111 ページ: 186102
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement of inelastic Electron Tunneling Conductance caused by Electronic Decoupling in Iron Phthalocyanine Bilayer on Ag(111) (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Ohta, R. Arafune, N. Tsukahara, M. Kawai,N. Takagi
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 117 ページ: 21832-21837
  • 査読あり
• [雑誌論文] STM investigation of CO ordering on Pt(111) : From an isolated molecule to high-coverage superstructure (2013)
  • 著者名/発表者名: H. J. Yang, T. Minato, M. Kawai, Y. Kim
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 117 ページ: 16429-16437
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tailoring electronic states of a single molecule using adamantane-based molecular tripods (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Katano, Y. Kim, T. Kitagawa, M. Kawai
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys 巻: 15 ページ: 14229-14233
  • 査読あり
• [雑誌論文] Orbital-selective single molecule reactions on a metal surface studied by low-temperature scanning tunneling microscopy (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Katano, Y. Kim, M. Trenary, M. Kawai
  • 雑誌名: Chem. Commun 巻: 49 ページ: 4679-4681
  • 査読あり
• [雑誌論文] Substrate-induced symmetry breaking in silicene (2013)
  • 著者名/発表者名: C.-L. Lin, R. Arafune, K. Kawahara, M. Kanno, N. Tsukahara, E. Minamitani, Y. Kim, M. Kawai, N. Takagi
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett 巻: 110 ページ: 076801(1-5)
  • 査読あり
• [雑誌論文] 分子骨格と吸着構造が生み出す新奇な近藤効果 (最近の研究から) (2013)
  • 著者名/発表者名: 南谷英美、塚原規志、金有洙、高木紀明
  • 雑誌名: 日本物理学会誌 巻: 68 ページ: 162-166
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification at the Single Molecule Level of C_2H_x Moieties Derived from Acetylene on the Pt(111) Surface (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Okada, Y. Kim, M. Trenary, M. Kawai
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 116 ページ: 18372-18381
  • 査読あり
• [雑誌論文] Combined scanning tunneling microscopy and high-resolution electron energy loss spectroscopy study on the adsorption state of CO on Ag(001) (2012)
  • 著者名/発表者名: R. Arafune, H.-J. Shin, J. Jung, E. Minamitani, N. Takagi, Y. Kim, M. Kawai
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 28 ページ: 13249-13252
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ordering of molecules with π-conjugated triangular core by switching hydrogen bonding and van der Waals interactions (2012)
  • 著者名/発表者名: J.-H. Kim, K. Tahara, J. Jung, S. De Feyter, Y. Tobe, Y. Kim, M.Kawai
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 116 ページ: 17082-17088
  • 査読あり
• [雑誌論文] Symmetry-driven novel Kondo effect in a molecule (2012)
  • 著者名/発表者名: E. Minamitani, N. Tsukahara, D. Matsunaka, Y. Kim, N. Takagi, M. Kawai
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett 巻: 109 ページ: 086602(1-5)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ligand field effect at oxide-metal interface on the chemical reactivity of ultrathin oxide film surface (2012)
  • 著者名/発表者名: J. Jung, H.-J. Shin, Y. Kim, M. Kawai
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc 巻: 134 ページ: 10554-10561
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two dimensional superstructure formation of fluorinated fullerene on Au(111) : A scanning tunneling microscopy study (2012)
  • 著者名/発表者名: T. K. Shimizu, J. Jung, T. Otani, Y.-K. Han, M. Kawai, Y. Kim
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: 6 ページ: 2679-2685
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spectral fitting of action spectra for motions and reactions of single molecules on metal surfaces (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Motobayashi, S. Katano, Y. Kim, M. Kawai
  • 雑誌名: Bull. Chem. Soc. Jpn 巻: 86 ページ: 75-79
  • 査読あり
• [雑誌論文] STMを用いた表面吸着分子のアクションスペクトル―定量解析から得られる新知見― (2011)
  • 著者名/発表者名: 本林健太,金有洙,上羽弘,川合眞紀
  • 雑誌名: 表面科学 巻: 32 ページ: 597-602
  • 査読あり
• [雑誌論文] Activation of ultrathin oxide films for chemical reaction by interface defects (2011)
  • 著者名/発表者名: J. Jung, H.-J. Shin, Y. Kim, and M. Kawai
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc 巻: 133 ページ: 6142-6145
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evolution of Kondo resonance from a single impurity molecule to the two-dimensional lattice (2011)
  • 著者名/発表者名: N. Tsukahara, S. Shiraki, S. Itou, N. Ohta, N. Takagi, M. Kawai
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett 巻: 106 ページ: 187401(4)
  • 査読あり
• [雑誌論文] 表面に吸着した鉄(II)フタロシアニンの磁性-スピン、磁気異方性、近藤効果- (2011)
  • 著者名/発表者名: 高木紀明、塚原規志、川合眞紀
  • 雑誌名: 表面科学 巻: 32 ページ: 629-634
  • 査読あり
• [雑誌論文] Insights into action spectroscopy for single molecule motion and reactions through inelastic electron tunneling (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Motobayashi, Y. Kim, H. Ueba, M. Kawai
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett 巻: 105 ページ: 076101
  • 査読あり
• [雑誌論文] State-selective dissociation of a single water molecule on an ultrathin MgO film (2010)
  • 著者名/発表者名: H. -J. Shin, J. Jung, K. Motobayashi, S. Yanagisawa, Y. Morikawa, Y. Kim, M. Kawai
  • 雑誌名: Nat. Mater 巻: 9 ページ: 442-447
  • 査読あり
• [学会発表] XMCDによる3d 遷移金属ナノ構造の磁性研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 白木 將
  • 学会等名: 「放射光を用いたナノ・ミクロの表面・バルク解析」～ソフト・ハードX 線による極限評価～
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2014-01-27
  • 招待講演
• [学会発表] Electronic property control of 2-D molecular systems (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Kim
  • 学会等名: 2013 International Symposium on Additive Manufacturing and Printed Electronics
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 年月日: 2013-11-29
  • 招待講演
• [学会発表] STMを用いた単分子分光 (2013)
  • 著者名/発表者名: 川合 眞紀、上羽 弘、金 有洙
  • 学会等名: 第33回表面科学学術講演会
  • 発表場所: 茨城県つくば市
  • 年月日: 2013-11-26
  • 招待講演
• [学会発表] Single molecule chemistry (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Kim
  • 学会等名: 3rd Asia-Korea Conference on Science and Technology 2013 (AKC 2013)
  • 発表場所: Singapore
  • 年月日: 2013-11-23
  • 招待講演
• [学会発表] Single molecule chemistry with a STM and reactions at surfaces (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Kawai, Y. Kim, N. Takagi
  • 学会等名: AVS 60th International Symposium and Exhibition
  • 発表場所: Long beach, California U.S.A
  • 年月日: 2013-10-31
  • 招待講演
• [学会発表] Single Molecule Spectroscopy at Surfaces (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Kawai
  • 学会等名: 19th International Vacuum Congress(IVC-19)
  • 発表場所: Paris, France
  • 年月日: 2013-09-10
  • 招待講演
• [学会発表] Local Symmetry Rules Spin Ground State : FePc on Au(111) (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Tsukahara ,N. Takagi, M. Kawai, E. Minamitani, Y. Kim
  • 学会等名: Controlled atomic dynamics on solid surfaces : Atom and Molecular Manipulation
  • 発表場所: San Sebastian, Spain
  • 年月日: 2013-05-15
  • 招待講演
• [学会発表] Single molecule spectroscopy of spin state at surfaces (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Kawai
  • 学会等名: American Chemical Society 245th National Meeting & Exposition
  • 発表場所: New Orleans, U.S.A.
  • 年月日: 2013-04-08
  • 招待講演
• [学会発表] 表面界面の単分子分光 (2013)
  • 著者名/発表者名: 川合 眞紀
  • 学会等名: CREST「ナノ界面技術の基盤構築」研究領域第2回シンポジウム
  • 発表場所: 市ヶ谷
  • 年月日: 2013-02-10
  • 招待講演
• [学会発表] Evolution of Kondo Resonance from a Single Impurity Molecule to the Two-Dimensional Kondo Lattice (2012)
  • 著者名/発表者名: N. Takagi
  • 学会等名: APS march Meeting (Invited Session : "Spin Coupling and Kondo Screening Individual Magnetic Spins")
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 20120227-0302
  • 招待講演
• [学会発表] Single Molecular Spectroscopy at Surfaces using STM (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Kawai
  • 学会等名: 39th Conference on the Physics and Chemistry of Surfaces and Interfaces(PCSI-39)
  • 発表場所: Santafe, U.S.A.
  • 年月日: 20120122-26
  • 招待講演
• [学会発表] Single molecule spectroscopy of Spins on Metals (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Kawai
  • 学会等名: The 13th International Conference on Desorption and Dynamics Induced by Electronic Transitions(DIET13)
  • 発表場所: Strartford-upon-Avo n, UK
  • 年月日: 2012-07-04
  • 招待講演
• [学会発表] 分子の声を聞く (2012)
  • 著者名/発表者名: 川合 眞紀
  • 学会等名: 第21回向井賞記念科学講演会
  • 発表場所: 川崎市
  • 年月日: 2012-06-05
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular magnetism at surfaces explored by single molecule spectroscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: N. Takagi
  • 学会等名: 28th European Conference on Surface Science (ECOSS 28)
  • 発表場所: Wroclaw, Poland
  • 年月日: 20110828-0902
  • 招待講演
• [学会発表] From local to single molecular spectroscopy at heterogeneous surfaces - Scanning tunneling spectroscopy - (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Kawai
  • 学会等名: International Max Planck Research School for Complex Surfaces in Materials Science
  • 発表場所: Schloss Ringberg, Germany
  • 年月日: 20110221-25
  • 招待講演
• [学会発表] Listen to the action of individual molecules-Single molecular spectroscopy at surfaces (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Kawai
  • 学会等名: Marie Curie Symposium in the course of the Science forum of the German Chemical Society
  • 発表場所: Bremen, Germany
  • 年月日: 2011-09-05
  • 招待講演
• [学会発表] Lesson from the action of individual molecules-Single molecular spectroscopy at surfaces- (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Kawai
  • 学会等名: The Fundamentals of Photocatalysis Symposium
  • 発表場所: Hefei, China
  • 年月日: 2011-07-11
  • 招待講演
• [学会発表] 有機金属界面のスピン状態 (2010)
  • 著者名/発表者名: 高木 紀明
  • 学会等名: 日本化学会講演会「有機金属界面と電気伝導」
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2010-11-01
  • 招待講演
• [学会発表] Mode-selective and stateselective chemistry of a single molecule with STM (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Kim
  • 学会等名: XIII International Conference on Vibrations at Surfaces(VAS13)
  • 発表場所: Orlando, USA
  • 年月日: 2010-03-02
  • 招待講演
• [図書] マイクロビームアナリシス・ハンドブック (2014)
  • 著者名/発表者名: 白木 將
  • 総ページ数: 303-308, 407-410
  • 出版者: オーム社
• [図書] 問題と解説で学ぶ表面科学 (2013)
  • 著者名/発表者名: 白木 將
  • 総ページ数: 92-92
  • 出版者: 共立出版
• [備考]
  • URL: http://www.surfchem.k.u-tokyo.ac.jp/