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2020 年度 実績報告書

単一分子近接場光ピンセット法の確立と光機能性分子配列の創出

公募研究

研究領域光圧によるナノ物質操作と秩序の創生
研究課題/領域番号 19H04681
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

今田 裕  国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 上級研究員 (80586917)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
キーワード光圧 / 分子操作 / 走査プローブ顕微鏡 / 局在プラズモン / 単一分子分光
研究実績の概要

個々の原子・分子を固体基板上に自在に配置し、デザインした機能を発現させる事は基礎科学のみならず応用を見据えた研究展開においても重要な課題である。ボトムアップのアプローチとしての走査トンネル顕微鏡(STM)を用いた分子操作は広く発展してきているが、STMと光圧を組み合わせた “光”分子操作は実現されていない。本研究の目的は、分子固有の共鳴吸収線を活用してSTM環境下で光分子操作を実現する事である。固体基板上で分子の光マニピュレーションを実現するためには、分子固有の遷移エネルギーに共鳴する光を照射する事が必要である。近年導入した波長可変レーザーをSTMに導入する際のレーザー照射システムを改良し、マイクロメートルの精度で精密に焦点を合わせられる機構を整えた。これにより、高効率で単一分子からの近接場増強フォトルミネッセンスシグナルを検出することに成功した。この新しい単一分子分光法は、マイクロeVの極限的エネルギー分解能と1nm程度の高い空間分解能を併せ持ち、初めて単一分子の単一量子状態の精密ナノ分光が実現された。電子状態エネルギーの空間分布や静電場の依存性から、分子スケールでの電場勾配が誘起する線形Stark効果を解明し、論文投稿を行った。また、光照射下での単一分子マニピュレーションに関しても大きな進展がみられた。静電場による効果と光圧(近接場の電場勾配力)の両方を用いて、引力・斥力印加の制御か可能な事をあらたに見出した。従来の光の電場効果だけではなく静電場を用いた分子操作の結果を合わせて現在論文投稿準備中である。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Terahertz-Field-Driven Scanning Tunneling Luminescence Spectroscopy2021

    • 著者名/発表者名
      Kimura Kensuke、Morinaga Yuta、Imada Hiroshi、Katayama Ikufumi、Asakawa Kanta、Yoshioka Katsumasa、Kim Yousoo、Takeda Jun
    • 雑誌名

      ACS Photonics

      巻: - ページ: -

    • DOI

      https://doi.org/10.1021/acsphotonics.0c01755

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Controlling the Resonance Raman Effect in Tip-Enhanced Raman Spectroscopy Using a Thin Insulating Film2020

    • 著者名/発表者名
      Jaculbia Rafael、Hayazawa Norihiko、Imada Hiroshi、Kim Yousoo
    • 雑誌名

      Applied Spectroscopy

      巻: 74 ページ: 1391-1397

    • DOI

      https://doi.org/10.1177/0003702820938366

    • 査読あり
  • [学会発表] 光STMを用いたナフタロシアニン単一分子の光学特性評価2021

    • 著者名/発表者名
      今田裕, 今井みやび, 三輪邦之, 金有洙
    • 学会等名
      日本物理学会2021年第76回年次大会, オンライン
  • [学会発表] 光STMを用いた単一分子内での無輻射緩和過程の実時空間計測2021

    • 著者名/発表者名
      今井みやび, 今田裕, 三輪邦之, 木村謙介, I. Zoh, 金有洙
    • 学会等名
      日本物理学会2021年第76回年次大会, オンライン
  • [学会発表] Investigation of luminescence from a localized plasmon induced by THz-field-driven tunneling electrons2021

    • 著者名/発表者名
      K. Kimura, Y. Morinaga, H. Imada, I. Kayayama, K. Asakawa, K. Yoshioka, Y. Kim, J. Takeda
    • 学会等名
      2021年第68回応用物理学会春季学術講演会, オンライン
  • [学会発表] Tip-enhanced Raman spectroscopy and imaging of a single molecule in ultrahigh vacuum and low temperature environments2020

    • 著者名/発表者名
      R. B. Jaculbia, H. Imada, N. Hayazawa, Y. Kim
    • 学会等名
      The Philippine-American Academy of Science and Engineering
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Tip-enhanced Resonance Raman spectroscopy and imaging of a single molecule2020

    • 著者名/発表者名
      R. B. Jaculbia
    • 学会等名
      38th SPP Physics Conference
    • 招待講演

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公開日: 2021-12-27  

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