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THz-光STMを用いた帯電が誘起する分子ダイナミクスの可視化と制御

使用太赫兹光学 STM 可视化和控制电荷诱导分子动力学

基本信息

批准号：
21K14593
负责人：
木村謙介
金额：
$ 3万
依托单位：
Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K14593/
关键词：
THz電場駆動-光STM 単一分子科学帯電状態ダイナミクス

项目摘要

有機分子に電荷が1つ注入されると、分子構造に歪みや振動が生じ、やがて安定状態へと緩和する。この帯電により誘起される分子構造の歪みや振動が、分子が示す様々な物性に重要な役割を果たす。このような有機分子の多様な性質を司る“帯電状態のダイナミクス”を高い実時間・実空間分解能で調べ、制御する事は未到達な研究領域である。本研究では、単一分子を可視化できる走査トンネル顕微鏡(STM)と超短パルスレーザーを用いた光学系を組み合わせることで、サブピコ秒の時間・サブナノメートルの空間分解能を有する顕微分光手法を開発し、帯電状態ダイナミクスを捉えることを目的とする。具体的には、テラヘルツ(THz)領域の光パルスと可視・近赤外領域の光パルスと組み合わせたポンプ・プローブ法により、有機分子の帯電状態ダイナミクスを単一分子レベルで観測し、更には制御することを目指す。今年度の研究では、世界で初めてTHz光電場による分子への電荷注入により単一分子の励起状態を形成し、発光測定をすることに成功した。更に、THz光パルスのキャリアエンベロープ位相(CEP)を制御することで分子への電荷の注入を変化させることで、励起状態形成を制御することにも成功した。加えて、光学系を改良することでTHzを2パルスに分割してパルス間の遅延時間を調整することでも、分子への電荷注入を制御することで発光を変調した。このように今年度は装置開発を推進していくことで、THzパルスによる単一分子への電荷注入を様々な角度から制御できるようにして、帯電状態ダイナミクスを測定するための基盤を形成した。更に、ホウ酸バリウム結晶を用いてレーザーからの1030 nmの光を515 nmに波長変化し、THzパルスとの遅延時間を制御してSTMへ入れることも行い、THz光パルスと可視・近赤外領域の光パルスと組み合わせたポンプ・プローブ法も実現可能とした。

The charge of organic molecules is injected, the molecular structure is distorted, the vibration is generated, and the stable state is relaxed. The electric wave induces the vibration of the molecular structure, and the physical properties of the molecules are important.このような Organic Molecule の多様な性を斯る「帯electric stateのダイナミクス」を高The decomposition of time and space can be used to adjust and control things that have not yet reached the research field. This study focused on the visualization of single molecules using the Walkthrough Microscope (STM). ), the ultra-short パルスレーザーを uses the いた optical system を group み合わせることで, サブピコの时・サブナノメートルのspace decomposition energy を有する顕microspectroscopy The method is to open the hair, and the electric state is to catch the target. Specific には, テラヘルツ (THz) field の光パルスと visible, near-infrared field の光パルスと group み合わせたポンプ・プローブ法により, the electrical state of organic molecules, the のナミクスを単a molecule, the レベルでmeasurement, and the にはcontrol control, the することを Eye refers to す. This year's research, the world's first THz photoelectric field, molecular charge injection, formation of an excited state of a molecule, and photometric measurement were successful. Updates, THz light control phase (CEP) control system When the charge is injected into the sub-unit, the charge is converted into a modified state, and when the state is excited, the controlled state is successfully controlled. Added and improved optical system Time is adjusted by adjusting the time, and the charge injection of the molecule is controlled by adjusting the light. This year's device development is progressing this year, including THz's new charge injection system and one-molecule charge injection.様々な angle からcontrol できるようにして, electric state ダイナミクスをmeasurement するためのbase plate をformation した. Updated, ホウ acid バリウム crystal を with いてレーザーからの1030 nm の光を515 nmにwavelength changeし、THzパルスとの遅恅时间をcontrolしてSTMへ入れることも行い、THz The visible and near-infrared field of visible and near-infrared light is now possible.