研究課題
本研究では、隕石に含まれる地球外有機分子を原子間力顕微鏡（AFM）によって直接可視化して、個々の有機分子を同定することを目的とする。そして、アミノ酸・アミノ酸前駆体・その他有機分子など、これまでの手法で確認されていない有機分子の存在を明らかにすることを目標とする。これまで、隕石中の有機分子の同定には質量分析装置が主に用いられてきた。質量分析では、同じ分子量を持つ構造異性体が原理的に区別できない。隕石中で見つかっている有機分子は分子量が数100を超えるものがあり、構造の同定が困難なものがあった。アミノ酸前駆体の有力候補である複雑有機物もその一例である。また、質量分析法では、数が多い有機分子が優先的に検出され、検出限界未満の数しかいない有機分子は存在自体の確認が不可能である。AFMでは1つひとつの有機分子を観察するので、その構造が同定できれば、その分子が確実に存在していることが証明できる。新しい有機分子を1つ同定するごとに、隕石中に含まれる有機分子のリストに加えることができる。現状のAFMによって隕石から抽出した有機分子の観察を行った。水晶振動子型の低温超高真空AFMを用いているが、力の検出感度が低いので、バンド幅を狭くしてスキャン速度を遅くして画像を取得する必要がある。本研究では、できるだけ多くの有機分子の高分解能観察を行って、統計的な議論を行う必要がある。したがって、スキャン速度を上げて、時間あたりにできるだけ多くの画像を取得する必要がある。そこで、現状の装置と比較すると力感度が100倍以上であるAFMを設計して、組み立てを終了したところである。室温における初期テストを行い、十分な性能を有していることを確認した。
2: おおむね順調に進展している
隕石に含まれる有機分子のような天然の有機分子は分子ごとに様々な形状をしている。したがって、スキャン速度を上げて、時間あたりにできるだけ多くの画像を取得して有機分子の構造を決定していく必要がある。そこで、現状の装置と比較すると力感度が100倍以上であるAFMを設計して、組み立てを終了したところである。室温における初期テストを行い、十分な性能を有していることを確認した。具体的には、レーザーを用いたカンチレバーの変位検出を行うための光学系を組み入れた顕微鏡ユニットを液体ヘリウム温度に冷却できる超高真空装置に組み込んだ。簡易真空におけるAFMのテストスキャンによって、画像が取得できることと、除振が適切に行われていることを確認した。
超高真空環境において、AFMによる原子分解能観察が行えることを確認する。原子分解能が得られることが確認できれば、液体窒素や液体ヘリウムによって、80 K、5 Kでの確認を行う。5 Kでの原子分解能が達成されれば、探針先端に単分子を付着させるなどで空間分解能を向上させたAFMによって、有機分子の高分解能観察を行えるかテストする。従来の水晶振動子方式と比較して、力感度が向上している効果が望めるので、それを評価するために、スキャン速度を速くしても、高分解能観察が行えることを実証する。
すべて 2022 その他
すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 5件、 招待講演 3件) 備考 (1件)
Physical Review B
巻: 106 ページ: 115432 1-6
10.1103/PhysRevB.106.115432
Science
巻: 377 ページ: 264～265
10.1126/science.add0841
http://www.afm.k.u-tokyo.ac.jp/
