THz-光STMを用いた帯電が誘起する分子ダイナミクスの可視化と制御

2023 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21K14593
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分32010:基礎物理化学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 木村 謙介 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 研究員 (70856773)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 走査トンネル顕微鏡 / テラヘルツ電場駆動 / 単一分子科学 / 帯電状態 / ダイナミクス

研究成果の概要

有機分子に電荷が1つ注入され帯電現象によって誘起される分子構造の歪みや振動が、分子が示す様々な物性に重要な役割を果たす。このような有機分子の多様な性質を司る“帯電状態のダイナミクス”を高い実時間・実空間分解能で調べ、制御する事は未到達な研究領域である。本研究では、単一分子を可視化できる走査トンネル顕微鏡(STM)とテラヘルツ(THz)領域の超短パルス光源を用いた光学系を組み合わせることで、サブピコ秒の時間・サブナノメートルの空間分解能を有する顕微分光手法を開発に世界に先駆けて取り組んだ。

自由記述の分野

物理化学

研究成果の学術的意義や社会的意義

高い時間・空間分解能を両立した顕微分光手法開発は、ナノスケールで生じる光学現象研究の実現を目指して近年競争が過熱している。その中で、本研究課題の推進により、世界で初めてTHz光電場による分子への電荷注入により単一分子の励起状態を形成して発光を検出することに成功し、更にポンプ・プローブ法を行うことで帯電状態によって誘起される分子振動を観測するという成果をあげることができた。より高効率な有機光デバイスの基礎研究が行われているなかで、励起状態や電荷分離状態のダイナミクスは非常に注目されてるが、本手法はこれらを実験的に観測する扉をひらく研究成果であると言える。