2020 Fiscal Year Annual Research Report
Scanning tunneling microscopy for the development of ultimate nano-optics
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18H05257
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
金 有洙 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 主任研究員 (50373296)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
数間 恵弥子 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 研究員 (50633864)
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)
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| Project Period (FY) |
2018-06-11 – 2023-03-31
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| Keywords | 近接場光 / 走査トンネル顕微鏡 / 単一分子 / エネルギー移動・変換 / 表面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究項目①～④の各実績の概要は以下の通りであり、順調に研究が進行している。
研究項目①：昨年度はジアリルエテン分子膜のスイッチング挙動について調べ、一部の分子が変化している様子が確認された。詳細を調べるため、ジアリルエテン単一分子のスイッチング挙動について詳細に調べたところ、トンネル電流を印加することで閉環体から開環体と考えられる一方向の変化が観察された。
研究項目②：昨年度に構築した近接場増強フォトルミネッセンスの計測システムを用いて、ドナー分子とアクセプター分子のそれぞれの孤立状態の物性を精査している。さらに独自に開発したCWレーザーでの精密レーザーナノ分光手法と合わせて、空間・エネルギーおよび空間・時間領域で高精度に分子間エネルギー移動を分光計測できるようになった。
研究項目③：昨年度、数psのパルス幅を持つレーザーを励起源として、STM探針先端に局在するプラズモン共鳴による電場増強効果を利用した、非線形光学現象である第二次高調波発生の観測に成功している。現在は二つの同期したパルスレーザーを励起源とした、差周波発生と和周波発生の実験を進めている。
研究項目④：局在表面プラズモンによる光学増強が可能となるスピン偏極STM探針を作製/手法確立するため、貴金属探針の先端を磁性体でコートする探針作製とその評価を行った。これにより、外部から導入した光磁場を増強しつつ磁性観測が可能となると期待できる。現在は、作製したコート探針で生じるプラズモン誘起発光の様子と印加磁場との相関関係を調査している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
研究項目①：昨年度、ジアリルエテン分子膜のスイッチング挙動を調べ、一部の分子が変化している様子が確認された。詳細を調べるため、ジアリルエテン単一分子のスイッチング挙動について詳細に調べた。トンネル電流を印加することで閉環体から開環体と考えられる変化が観察された。一方、逆の変化は達成されなかった。トンネル電流では分子の可逆変化を誘起することは困難であり、今後、単一分子の光スイッチング挙動の検証が必要であると結論した。
研究項目②：昨年度、数psのパルス幅を持つチタンサファイヤモード同期レーザーを励起源とした、単一分子からの近接場増強フォトルミネッセンスの計測システムの構築を行った。パルスレーザーの波長範囲に強い共鳴を示す分子としてマグネシウムナフタロシアニン分子（MgNc）を新たに準備を行い、現在ドナー分子（MgNc）アクセプター分子（H2Nc）のそれぞれの孤立状態の物性を精査している。さらに独自に開発したCWレーザーでの精密レーザーナノ分光手法と合わせて、空間・エネルギーおよび空間・時間領域で高精度に分子間エネルギー移動を分光計測できる状況に進展してきている。
研究項目③：昨年度、数psのパルス幅を持つレーザーを励起源として、STM探針先端に局在するプラズモン共鳴による電場増強効果を利用した、非線形光学現象である第二次高調波発生の観測に成功している。現在は二つの同期したパルスレーザーを励起源とした、差周波発生と和周波発生の実験を進めている。
研究項目④：局在表面プラズモンによる光学増強が可能となるスピン偏極STM探針を作製/手法確立するため、貴金属探針の先端を磁性体でコートする探針作製とその評価を行った。これにより、外部から導入した光磁場を増強しつつ磁性観測が可能となると期待できる。現在は、作製したコート探針で生じるプラズモン誘起発光の様子と印加磁場との相関関係を調査している。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究項目①：単一分子の光スイッチング挙動の検証のため、基板との相互作用を考慮した分子系を検討する。
研究項目②：ドナー分子（MgNc）アクセプター分子（H2Nc）の二量体における分子間エネルギー移動を、独自に開発したCWレーザーでの精密レーザーナノ分光手法と合わせて、空間・エネルギーおよび空間・時間領域で高精度に計測する。
研究項目③：二つの同期したパルスレーザーを励起源としとして、STM探針先端に局在するプラズモン共鳴による電場増強効果を利用した、差周波発生と和周波発生の実験を進める。
研究項目④：局在表面プラズモンによる光学増強が可能となるスピン偏極STM探針で生じるプラズモン誘起発光の様子と印加磁場との相関関係を調査する。
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