| 研究課題/領域番号 |
24221009
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
桑原 裕司 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00283721)
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| 研究分担者 |
小松 直樹 滋賀医科大学, 医学部, 准教授 (30253008)
赤井 恵 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (50437373)
片山 光浩 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70185817)
小川 琢治 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (80169185)
森川 良忠 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80358184)
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| 研究期間 (年度) |
2012-05-31 – 2017-03-31
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| キーワード | キラル分子 / 円偏光発光 / 一分子科学 |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、STM-CLE、CD-TERSを新規に開発し、キラル分子の合成・選択抽出、単一分子の 実空間観察・電子状態解析・振動解析、円偏光発光検出、対掌性を区別したラマン振動分析、第一原理計算による発光メカニズム解析という一連のプロセスを通じて、キラル一分子を科学する。組成・質量・電子状態が同一である有機分子の対掌性を、主にナノスケールの光学活性測定によって区別することにある。本年度の成果は、以下のとおりである。
（１）昨年度までに、構築したSTM-CLE計測システムを用いて、独自に合成したキラルPTCDI分子の光学非対称性を、単分子レベルで評価することに成功した。本年度は、吸着基板を数種類使用して、再現実験を行った。これまでの酸化膜基板同様、金属表面上では、溶液中に比べて光学非対称性の極性が反転し、またその強度が数10倍に増強する事を確認した。また、金属表面と酸化膜表面での円偏光度について比較検討した。
（２）キラル分子とのホストゲスト反応による、対掌性、直径、金属性を区別したSWNTの高効率精製をおこなった。直径が1nm以上の比較的大きなSWNTにおいて、はさみ状の分子に加えノギス状のキラル分子を新規に合成してSWNTの選択精製を行い、金属性の選択も含めたSWNTの高効率分離・精製に成功した。また、新たに合成したジペリレンキラル分子を用いたキラルSNWT認識・選択精製にも成功した。
（３）第一原理計算を用いたキラル分子系の電子状態解析を開始した。本研究においては、1) GW近似による有機材料の電子状態の高精度な予測、および、2) 時間依存密度汎関数理論による有機分子の光学的性質の予測の二つに重点をおいて研究を行った。これらの知見をベースに、CDスペクトル、および、分子間相互作用のCDスペクトルへの影響について計算プログラム構築が完了し、計算を開始した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
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
本研究で新たに導入したSTM-CLE手法、CD-TERS手法は、一年目（平成24年度）、二年目（平成25年度）にかけて設計・制作・テスト実験をおこなった。二年目から、目標とするキラル分子系の光学特性・光学活性評価への実験を開始している。STMをベースにした単一の複合解析システムを用いて、キラル分子の電子特性・光学特性・振動解析、さらには光学非対称性評価を含めた、ナノスケール分析がすでに可能となっており、現在、実際のキラル分子系に対して、実験研究を開始している。得られた成果はすでに論文に投稿中、準備中である。
以上の進展状況から、後半の二年間では、成果の効果的な公表・公開が飛躍的に高まることが見込まれ、これにより、キラル分子系の一分子科学という新たな学術分野を拓くであろうことを確信している。今後、現在の研究を精度よく再現性よく展開し推し進めるとともに、代表研究者および研究分担者、連携研究者間での密度の濃い共同研究によって、予想を超えた新規知見の獲得が期待される。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでの進捗は順調であり、当初の計画と比べて遅れはない。今後の計画は、設計・開発完了した複合解析システムを用いて、キラル分子、キラルCNT等、固体表面上分子ナノシステムの、分子構造解析、電子・振動構造解析、光学活性評価をおこなっていく。特に最終年度にかけて、研究代表者、各研究分担者間での密度の濃い連携を深めて、「キラル分子系の一分子科学」を推進する予定である。以下に今後の実施項目を整理する。
１．円偏光フォトンSTM等複合解析システムを用いたキラル分子系の総合評価
（１）IETS（非弾性トンネル分光）計測の確立をおこなう。申請時の複合解析手法のうち、現在まで、唯一計測を開始していない手法がIETSである。本手法は、振動励起エネルギーに対応する1eV以下でのSTSスペクトルをベースに、電流―電圧カーブ（I-Vカーブ）を一階微分、二階微分することにより探針直下の分子に対して振動スペクトルを得る手法である。装置整備に関しては、現有の計測システムで十分対応可能であるため、装置の大幅な変更はない。
（２）STM-CLEスペクトル取得の安定性向上をおこなう。現在、CPLマッピングおよびCPLスペクトルは、2台のフォトンカウンティングユニット、2台の分光器(CCD)を用いているが、CCDについては、フォトン検出の感度及び波長依存性の差が大きく、スペクトル測定時間が比較的長いことと相まって、定量性に難点がある。よって1台のCCDを用い1/4波長板を機械的電磁的に短時間で回転する機構を導入し、左右円偏光スペクトルの安定的、定量的比較を行う。
以上、分子の対掌性に基づく自然円偏光に関して、その発生に起因する電子状態解析を中心に、実験および理論の両面から一分子レベルでアプローチする。これら一連のプロセスを通じて、キラル一分子科学を完遂することが十分可能である。
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