二次元ヘテロ構造のナノスケール分析とその応用展開

2023 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 22KK0071
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 桑原 裕司 大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (00283721)
• 研究分担者: 服部 卓磨 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (10876965) ; 濱本 雄治 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (30584734)
• 研究期間 (年度): 2022-10-07 – 2027-03-31
• キーワード: 二次元ヘテロ構造 / キラル分子 / 遷移金属ダイカルコゲナイド / 走査トンネル顕微鏡 / 探針増強ラマン散乱分光

研究実績の概要

本研究は、申請者グループ（大阪大学大学院工学研究科）と、ポーランド・ウッチ（Lodz）大学のグループ（物理および応用情報学専攻）との密接な共同研究により、双方が有する卓越した研究装置群を複合的に利用し、二次元ヘテロ構造の原子配列・電子状態・光学特性を、ヘテロ薄膜間の相互作用を積極的に評価・分析することで、機能性単原子・分子膜が持つ特異な機能が有効に発現可能な組み合わせを精査し、将来のデバイス利用を考慮した無機・有機二次元ヘテロ構造を科学する。
本年度は、実質的に共同研究開始の年度であり（昨年度は実質の研究期間は3か月のみ）、２国間の多彩な交流をスタートした。まず、８月２８日～９月１日Poland Lodzで開催されたECOSS-36（36th European Conference on Surface Science：ポーランド側の共同研究者が会議議長）に申請者のグループから、研究代表者（桑原）、研究分担者２名、博士課程学生１名が参加し、研究発表を行った。会議中に全員がLodz大学の共同研究先の研究室を訪問し、今後の共同研究打合せを行った。そののち研究代表者（桑原）が１０月初頭まで、Lodz大学に滞在し、今後の共同研究について詳細な検討を行うとともに、研究室すべてのメンバーと議論を行った。滞在中最後に、依頼講演を行い、特に金属表面に担持したカーボンナノチューブの振動分光について講演し、研究室のメンバーと有意義な討論ができた。
一方で、継続して、週１回のオンラインでの研究進捗状況の相互報告・研究打合せを行っており、綿密な情報交換を続けている。研究成果として、研究代表者側主導の学術論文２報、共同研究側主導の学術論文１報を公表するなど、順調に共同研究をスタートした。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

共同研究は順調に進展している。概要にも記述したが、本共同研究の成果として、以下の3報の論文を、評価の高い国際ジャーナルに掲載している。
1.S. Kimura, T. Hattori, P. Krukowski,Y. Kuwahara et al.“STM/TERS observation of (M)-type diphenyl[7]thiaheterohelicene on Ag(111)”Phys. Chem. Chem. Phys. 26(43), 7658-7663 (2024).
2.I. Lutsyk, P. Krukowski, T. Hattori, Y. Kuwahara, P. Kowalczyket et al.“Influence of structural defects on charge density waves in 1T-TaS2”Nano Research 16, 11528-11539 (2023).
3. Changqing Ye, Takuma Hattori, Yuji Hamamoto, Pawel Krukowski, Yuji Kuwahara, et al.“Chiral Recognition Mechanism of Two-Dimensional Self-Assembly Formed by [7]Thiaheterohelicene” J. Phys. Chem. C 127(43), 21305-21312 (2023).
また、研究代表者含め4名がLodz大学訪問・滞在が可能になり、感染症による影響がほとんどなくなるなど、当初予定していた実質的な共同研究が順調にスタートした。

今後の研究の推進方策

引き続き週1回程度のオンラインでの研究打合せを継続する。
2024年8月頃、ポーランド側のP.Krukowski氏が、一か月程度、研究代表者の研究室に滞在し、主にヘリセン誘導体を用いた、有機ヘテロ界面の原子・電子構造、振動状態解析について、共同実験を遂行する予定である。
一方、研究分担者の服部が、ポーランド側で先行している無機ヘテロ界面における研究について、日本側でも独自に開始する。当初の試料についてはWS2等の遷移金属ダイカルコゲナイドの試料を準備し、研究代表者側の研究装置を用いて実験を開始する。
ポーランド側では、昨年度導入した「超高真空非接触型AFM／STM複合解析装置」が立ち上がりつつあり、本年度は、ラマン散乱分光の光学系を整備して探針増強ラマン分光システムを構築する予定にしており、順調に整備が完了すれば、本年度中に、日本側の研究分担者が、Lodz大学を訪問して、共同実験に参画する。
計算シミュレーションについても、実質的な共同研究をスタートする。オンラインベースで両国の計算物理の研究者間で議論を開始するが、主に計算対象の検討からスタートする予定である。

備考

研究紹介、業績リスト等、随時更新してアップデートしている。

研究成果

• [国際共同研究] Lodz（ウジ） University(ポーランド)
  • 国名: ポーランド
  • 外国機関名: Lodz（ウジ） University
• [雑誌論文] “STM/TERS observation of (M)-type diphenyl[7]thiaheterohelicene on Ag(111)” (2024)
  • 著者名/発表者名: Sho Kimura, Takuma Hattori, Changqing Ye, Masaki Okada, Satoshi Kondo, Yui Sakurama, Akira Saito, Pawel Krukowski, Hideji Osuga and Yuji Kuwahara
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 巻: 26(43) ページ: 7658-7663
  • DOI: 10.1039/D3CP05813A
  • 査読あり
• [雑誌論文] “Influence of structural defects on charge density waves in 1T-TaS2” (2023)
  • 著者名/発表者名: Iaroslav Lutsyk, Pawel Krukowski, Takuma Hattori, Yuji Kuwahara, Pawel J. Kowalczyk et al.
  • 雑誌名: Nano Research 巻: 16 ページ: 11528-11539
  • DOI: 10.1007/s12274-023-6018-y
  • 査読あり
• [雑誌論文] “Chiral Recognition Mechanism of Two-Dimensional Self-Assembly Formed by [7]Thiaheterohelicene” . (2023)
  • 著者名/発表者名: Changqing Ye, Takuma Hattori, Yuji Hamamoto, Pawel Krukowski, Kouji Inagaki, Akira Saito, Hideji Osuga, Yoshitada Morikawa, and Yuji Kuwahara
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 127(43) ページ: 21305-21312
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.3c04406
  • 査読あり
• [学会発表] “Stereochemical Recognition of thiaheterohelicene derivatives Investigated by STM and Raman Scattering Spectroscopy” (2023)
  • 著者名/発表者名: Y. Kuwahara, T. Hattori, P. Krukowski, C. Ye, A. Saito, Y. Hamamoto, Y. Morikawa, and H. Osuga Andel's Lodz, Lodz, Poland, Poland.
  • 学会等名: 36th European Conference on Surface Science (ECOSS36)
  • 国際学会
• [学会発表] “Optical properties of chiral PTCDI molecules investigated by STM-induced luminescence” (2023)
  • 著者名/発表者名: T. Hattori, R. Suzuki, A. Saito, H. Osuga, and Y. Kuwahara “Optical properties of chiral PTCDI molecules investigated by STM-induced luminescence” 36th European Conference on Surface Science (ECOSS36)
  • 学会等名: 36th European Conference on Surface Science (ECOSS36)
  • 国際学会
• [学会発表] “Theoretical study on stereo recognition of thiaheterohelicene on Ag(111)” (2023)
  • 著者名/発表者名: C. Ye, T. Hattori, Y. Hamamoto, P. Krukowski, A. Saito, H. Osuga, Y. Morikawa, and Y. Kuwahara
  • 学会等名: 36th European Conference on Surface Science (ECOSS36)
  • 国際学会
• [学会発表] “Molecular dynamics study on chiral recognition mechanism of thiaheterohelicene molecules” (2023)
  • 著者名/発表者名: Changqing Ye, Takuma Hattori, Yuji Hamamoto, Pawel Krukowski, Akira Saito, Hideji Osuga, Yoshitada Morikawa, Yuji Kuwahara
  • 学会等名: 2023年日本物理学会春季大会
  • 国際学会
• [学会発表] “キラルPTCDI分子の円偏光発光特性の評価” (2023)
  • 著者名/発表者名: 服部卓磨, 鈴木凌,斎藤彰, 大須賀秀次, 桑原裕司
  • 学会等名: 2023年日本物理学会春季大会
  • 国際学会
• [学会発表] “STM誘起発光を用いたキラルPTCDI分子の吸着構造と円偏光発光の解析” (2023)
  • 著者名/発表者名: 服部卓磨, 春名泰成, 齋藤彰, 大須賀秀次, 桑原裕司
  • 学会等名: 2023年日本物理学会春季大会
  • 国際学会
• [学会発表] “STM-TERSを用いたジフェニルヘリセンのキラル認識機構の評価” (2023)
  • 著者名/発表者名: 木村翔, 服部卓磨, 仲西秀就, Pawel Krukowski, 大須賀秀次, 齋藤彰, 桑原裕司
  • 学会等名: 第84回応用物理学会秋季学術講演会
  • 国際学会
• [備考] 桑原研究室 Kuwahara Lab. 大阪大学 原子制御プロセス領域
  • URL: http://www-ss.prec.eng.osaka-u.ac.jp/