水平力顕微鏡による単一原子の同位体の識別法の開発

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26600015
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 杉本 宜昭 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 准教授 (00432518)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 走査型プローブ顕微鏡

研究実績の概要

原子間力顕微鏡（AFM）を用いると探針先端の原子と表面の個々の原子との間に働く相互作用力を測定して、表面の原子や分子を観察できる。さらに、2原子間に働く相互作用力や散逸エネルギーを測定することも可能である。AFMを用いて、化学的性質が似通っているシリコン原子とゲルマニウム原子の元素同定に成功した。これによって、高感度なレーザー干渉計により精密な力測定ができることが示された。一方、探針と表面の間には静電気力の寄与が無視できない可能性を示し、実験的に静電気力を精密測定する方法を提案した。これにより、原子レベルの信号を正しく見積もることができるようになった。
また、触媒のモデル系であるルチル型二酸化チタン表面をAFMによって調べた。具体的には、まずTiO2(011)表面のAFMコントラストを分類した。その際、TiO2(110)表面のコントラストの分類と同様に表面に吸着した水素原子が標識となった。最も観察頻度が高いコントラストは走査型トンネル顕微鏡とよく似ており、画像化機構が似通っていると結論付けた。このコントラストの輝点は原子位置を反映しておらず、酸素原子の電子状態とチタン原子の電子状態が探針との相互作用に寄与していることを示唆している。さらに、表面の水素原子の拡散の様子を観察し、表面酸素列に沿って、ジグザグに拡散する様子を初めて捉えた。これは、過去に提唱された構造モデルと一致する結果である。

研究成果

• [国際共同研究] チェコ科学アカデミー(チェコ)
  • 国名: チェコ
  • 外国機関名: チェコ科学アカデミー
• [国際共同研究] University College London(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: University College London
• [雑誌論文] Imaging the TiO2(011)-(2x1) Surface using Noncontact Atomic Force Microscopy and Scanning Tunneling Microscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Yurtsever, J. Onoda, M. Abe, C.L. Pang, Y. Sugimoto
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 120 ページ: 3390-3395
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1021/acs.jpcc.5b11703
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Atomic Force Microscopy for Imaging, Identification and Manipulation of Single Atoms (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Sugimoto
  • 雑誌名: e-Journal of Surface Science and Nanotechnology 巻: 14 ページ: 28-34
  • DOI: http://doi.org/10.1380/ejssnt.2016.28
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Interplay between switching driven by the tunneling current and atomic force of a bistable four-atom Si quantum dot (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Yamazaki, K. Maeda, Y. Sugimoto, M. Abe, V. Zobac, P. Pou, L. Rodrigo, P. Mutombo, R. Perez, P. Jelinek, and S. Morita
  • 雑誌名: Nano Letters 巻: 15 ページ: 4356-4363
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.5b00448
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Accurate extraction of electrostatic force by a voltage pulse force spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: E. Inami, and Y. Sugimoto
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 114 ページ: 246102 1-5
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.246102
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Chemical structure imaging of a single molecule by atomic force microscopy at room temperature (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Iwata, S. Yamazaki, P. Mutombo, P. Hapala, M. Ondracek, P. Jelinek, and Y. Sugimoto
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 6 ページ: 7766 1-7
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1038/ncomms8766
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Identification of Si and Ge atoms by atomic force microscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: J. Onoda, K. Niki, and Y. Sugimoto
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 92 ページ: 155309 1-6
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.92.155309
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] AFMによる有機分子の高分解能室温観察 (2016)
  • 著者名/発表者名: 岩田 孝太、山崎 詩郎、Pingo Mutombo、Prokop Hapala、Martin Ondracek、Pavel Jelinek、杉本 宜昭
  • 学会等名: 第63回応用物理学会 春季学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学 大岡山キャンパス（東京都目黒区）
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [学会発表] TiO2(110)表面上の帯電領域のNC-AFM/KPFM観察 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小野田 穣、Chi Lun Pang、Ayhan Yurtsever、杉本 宜昭
  • 学会等名: 第63回応用物理学会 春季学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学 大岡山キャンパス（東京都目黒区）
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [学会発表] 非接触原子間力顕微鏡を用いたSiとGe原子の識別 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小野田 穣、仁木 康平、杉本 宜昭
  • 学会等名: 第63回応用物理学会 春季学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学 大岡山キャンパス（東京都目黒区）
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [学会発表] Si(111)-(7x7)表面上のSiテトラマーのスイッチ操作 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山崎詩郎、前田圭亮、杉本宜昭、阿部真之、Vladimir Zobac、Pablo Pou、Lucia Rodrigo、Pingo Mutombo、Ruben Perez、Pavel Jelinek、森田清三
  • 学会等名: 第63回応用物理学会 春季学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学 大岡山キャンパス（東京都目黒区）
  • 年月日: 2016-03-19 – 2016-03-22
• [学会発表] 超高真空原子間力顕微鏡を用いた超高解像計測 (2016)
  • 著者名/発表者名: 杉本宜昭
  • 学会等名: ニューガラスフォーラム 評価技術研究会
  • 発表場所: 日本ガラス工業センター（東京都新宿区）
  • 年月日: 2016-01-29 – 2016-01-29
  • 招待講演
• [学会発表] Imaging the Chemical Structure of Single Molecule by Atomic Force Microscopy at Room Temperature (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Iwata, S. Yamazaki, P. Mutombo, P. Hapala, M. Ondracek, P. Jelinek and Y. Sugimoto
  • 学会等名: 23th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM23)
  • 発表場所: Hilton Niseko Villege（北海道虻田郡）
  • 年月日: 2015-12-10 – 2015-12-12
  • 国際学会
• [学会発表] Chiral Switch Operated at Room Temperature (2015)
  • 著者名/発表者名: E. Inami, I. Hamada, K. Ueda, M. Abe, S. Morita and Y. Sugimoto
  • 学会等名: 23th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM23)
  • 発表場所: Hilton Niseko Villege（北海道虻田郡）
  • 年月日: 2015-12-10 – 2015-12-12
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] SiGe混晶表面での非接触原子間力顕微鏡による元素識別 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小野田穣，仁木康平，杉本宜昭
  • 学会等名: 2015年真空・表面科学合同講演会
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-03
• [学会発表] NC-AFM/KPFM を用いたTiO2 (110)表面上の帯電領域の観察 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小野田穣，PangChi Lun，YurtseverAyhan，杉本宜昭
  • 学会等名: 2015年真空・表面科学合同講演会
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-03
• [学会発表] 走査型プローブ顕微鏡による原子スイッチの組立 (2015)
  • 著者名/発表者名: 稲見栄一，濱田幾太郎、上田啓市、阿部真之、森田清三、杉本宜昭
  • 学会等名: 2015年真空・表面科学合同講演会
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-03
• [学会発表] 隣接するSi4原子スイッチ間の相互作用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山崎詩郎，前田圭亮，高谷玲平，澤田大輔，杉本宜昭，阿部真之，Pablo Pou、Lucia Rodrigo，Pingo Mutobb，Ruben Perez、Pavel Jelinek，森田清三
  • 学会等名: 2015年真空・表面科学合同講演会
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-03
• [学会発表] 原子間力顕微鏡による静電気力の精密測定法 (2015)
  • 著者名/発表者名: 稲見栄一，杉本宜昭
  • 学会等名: 2015年真空・表面科学合同講演会
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-01
• [学会発表] Identification of Individual Si and Ge Atoms by AFM (2015)
  • 著者名/発表者名: J. Onoda, K. Niki and Y. Sugimoto
  • 学会等名: 10th International Symposium on Atomic Level Characterizations for New Materials and Devices ’15 (ALC ’15)
  • 発表場所: Kunibiki Messe（島根県松江市）
  • 年月日: 2015-10-25 – 2015-10-30
  • 国際学会
• [学会発表] 原子間力顕微鏡を用いたGe/Si混在表面での元素識別 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小野田穣，仁木康平，杉本宜昭
  • 学会等名: 日本物理学会 2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学 千里山キャンパス（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2015-09-16 – 2015-09-19
• [学会発表] Chemical identification on the Si-Ge intermixed surfaces by AFM (2015)
  • 著者名/発表者名: J. Onoda, K. Niki and Y. Sugimoto
  • 学会等名: 18th International Conference on Non-Contact Atomic Force Microscopy (nc-AFM 2015)
  • 発表場所: Cassis Convention Center（France）
  • 年月日: 2015-09-07 – 2015-09-11
  • 国際学会
• [学会発表] Accurate extraction of electrostatic force by a voltage pulse force spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: E. Inami, and Y. Sugimoto
  • 学会等名: 18th International Conference on Non-Contact Atomic Force Microscopy (nc-AFM 2015)
  • 発表場所: Cassis Convention Center（France）
  • 年月日: 2015-09-07 – 2015-09-11
  • 国際学会
• [学会発表] Exclusion of H atoms at the subsurface charged regions on TiO2(110) (2015)
  • 著者名/発表者名: J. Onoda, C. L. Pang, A. Yurtsever and Y. Sugimoto
  • 学会等名: 18th International Conference on Non-Contact Atomic Force Microscopy (nc-AFM 2015)
  • 発表場所: Cassis Convention Center（France）
  • 年月日: 2015-09-07 – 2015-09-11
  • 国際学会
• [学会発表] Single Molecule on Si(111)-(√7x√7) Imaged by AFM at Room Temperature (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Iwata, S. Yamazaki, P. Mutombo, P. Hapala, M. Ondracek, P. Jelinek and Y. Sugimoto
  • 学会等名: 18th International Conference on Non-Contact Atomic Force Microscopy (nc-AFM 2015)
  • 発表場所: Cassis Convention Center（France）
  • 年月日: 2015-09-07 – 2015-09-11
  • 国際学会
• [学会発表] Twisted Pi-conjugated molecules measured by atomic force microscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Iwata, A. Shiotari, T. Nakae, Y. Shinagawa, S. Mori, T. Okujima, H. Uno, H. Sakaguchi and Y. Sugimoto
  • 学会等名: International Workshop on Molecular Architectonics(IWMA 2015)
  • 発表場所: Shiretoko Grand Hotel（北海道斜里郡）
  • 年月日: 2015-08-03 – 2015-08-06
  • 国際学会
• [学会発表] Chiral switch operated at room temperature (2015)
  • 著者名/発表者名: E. Inami, I. Hamada, K. Ueda, M. Abe, S. Morita and Y. Sugimoto
  • 学会等名: International Workshop on Molecular Architectonics(IWMA 2015)
  • 発表場所: Shiretoko Grand Hotel（北海道斜里郡）
  • 年月日: 2015-08-03 – 2015-08-06
  • 国際学会
• [学会発表] Atom Switch Assembled by Atom Manipulation (2015)
  • 著者名/発表者名: E. Inami, I. Hamada, K. Ueda, M. Abe, S. Morita, and Y. Sugimoto
  • 学会等名: NIMS Conference 2015
  • 発表場所: Epochal Tsukuba（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2015-07-14 – 2015-07-16
  • 国際学会
• [学会発表] (2n×1) Reconstructions of TiO2(011) Elucidated by AFM and STM (2015)
  • 著者名/発表者名: J. Onoda, C.L. Pang, A. Yurtsever, Y. Sugimoto, and G. Thornton
  • 学会等名: NIMS Conference 2015
  • 発表場所: Epochal Tsukuba（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2015-07-14 – 2015-07-16
  • 国際学会
• [学会発表] Chemical Identification of Si and Ge atoms by AFM force spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Niki, J. Onoda, and Y. Sugimoto
  • 学会等名: NIMS Conference 2015
  • 発表場所: Epochal Tsukuba（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2015-07-14 – 2015-07-16
  • 国際学会
• [学会発表] Energy Dissipation of Tunneling Electrons as a Tool to Directly Detect Electron Emission Sites in Doped Ultrananocrystalline Diamond Films (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Panda, E. Inami, K. J Sankaran, Y. Sugimoto, N-H Tai, and I-N Lin
  • 学会等名: NIMS Conference 2015
  • 発表場所: Epochal Tsukuba（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2015-07-14 – 2015-07-16
  • 国際学会
• [学会発表] Structure of Molecule Imaged by Atomic Force Microscopy at Room Temperature (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Iwata, S. Yamazaki, P. Mutombo, P. Hapala, M. Ondracek, P. Jelinek and Y. Sugimoto
  • 学会等名: NIMS Conference 2015
  • 発表場所: Epochal Tsukuba（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2015-07-14 – 2015-07-16
  • 国際学会
• [学会発表] 原子間力顕微鏡を用いた単原子分子計測と操作 (2015)
  • 著者名/発表者名: 杉本宜昭
  • 学会等名: 第13回 学融合ビジュアライゼーションシンポジウム
  • 発表場所: 東京大学 柏キャンパス（千葉県柏市）
  • 年月日: 2015-06-30 – 2015-06-30
• [学会発表] Si(111)表面上単一有機分子の室温原子間力顕微鏡測定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 岩田孝太、山崎詩郎、P. Mutombo、P. Hapala、M. Ondracek、P. Jelinek、杉本宜昭
  • 学会等名: 2015年度前期 物性研究所 短期研究会
  • 発表場所: 東京大学 柏キャンパス（千葉県柏市）
  • 年月日: 2015-06-24 – 2015-06-26
• [学会発表] 室温で動作する原子スイッチの組立 (2015)
  • 著者名/発表者名: 稲見栄一、濱田幾太郎、上田啓市、阿部真之、森田清三、杉本宜昭
  • 学会等名: 2015年度前期 物性研究所 短期研究会
  • 発表場所: 東京大学 柏キャンパス（千葉県柏市）
  • 年月日: 2015-06-24 – 2015-06-26
• [備考] 杉本研究室
  • URL: http://www.afm.k.u-tokyo.ac.jp/