AFM/STMによる単分子接合の電気伝導度と結合様式の関係の解明

2015 年度 実績報告書

• 研究領域: 分子アーキテクトニクス：単一分子の組織化と新機能創成
• 研究課題/領域番号: 26110516
• 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

鋭い探針を試料表面に近づけ、探針にかかる微弱な相互作用力を測定する原子間力顕微鏡（AFM）の発展が著しい。近年、AFMの探針先端の原子を表面に吸着した有機分子に接触させることによって、有機分子内の骨格（原子間の結合手）を可視化することができるようになった。従来、このような超高解像イメージングは、一酸化炭素分子を探針先端に付着させることができる極低温AFMによって行われてきた。そして、未知の有機分子の構造決定、単一分子内の電荷の分布の可視化、分子内の結合次数の識別、化学反応前後の分子構造の同定などが報告されている。このような極低温AFMは、水晶振動子を用いる手法が主流である。そこで、本研究ではより高い力分解能が期待できるレーザー干渉計に基づいたAFMを用いて、室温における有機分子の超高解像イメージングを行った。その結果、過去の極低温の研究と同様に分子の骨格像を室温でも得ることができた。これにより、室温環境下においても、超高解像イメージングが可能であることが初めて示された。室温においては探針先端の状態が不明であるので、どのような探針で分子の骨格を得ることができるのか確かめる必要がある。そこで、探針を有機分子と基板のシリコン原子に近づけて、それぞれの上で相互作用力測定を行った。その結果、活性な探針と不活性な探針があることがわかり、相互作用力のカーブを説明する探針モデルが構築できた。重要なことに、どちらの探針においても分子上では似通った相互作用力が得られ、両者とも有機分子の骨格像が得られることが判明した。

現在までの達成度 (段落)

27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

27年度が最終年度であるため、記入しない。

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 / 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 / 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 / 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 / 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 / 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 / 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] 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 – 2015-12-03
• [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] 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/