ナノスケール空間における個々の分子の光励起電子移動過程

纳米尺度空间中单个分子的光致电子转移过程

• 批准号: 14655020
• 负责人: 松本 卓也
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14655020/
• 关键词: 時間空間分解走査プローブ顕微鏡; 時間分解力検出; 振動法; 非接触原子間力顕微鏡; YAGレーザー; 銅フタロシアニン薄膜; 光励起電子移動; 絶縁体基板; 分子内分極; 走査トンネル顕微鏡; 実効トンネル障壁測定; 完全共益ポルフィリ

走査トンネル顕微鏡で分子や表面の励起過程を観察しようとするとき、試料基板に電気伝導性が必要であるため、基板への脱励起が深刻な影響を及ぼす。これに対して、原子間力顕微鏡は、絶縁体上での測定が可能であるので、素電荷を容易に検出できる。しかし、原子間力顕微鏡は力学応答を基礎とするため、時間分解能は極めて低く、動的な過程の検出には不向きであると考えられてきた。本研究では、近年、急速に発展した非接触原子間力顕微鏡をベースに、カンチレバーの振動とパルスレーザーを同期させることにより、ミリ秒以下、サブマイクロ秒に及ぶ時間分解能で試料-探針間に働く力を検出することに成功した。非接触原子間力顕微鏡では、局所的な力は、試料が探針に最近接したおよそ1マイクロ秒程度の時間しか働かない。この事実を応用して、パルスレーザー照射による電荷生成の後、ある遅延時間で探針が試料に対して最近接するように制御すれば、時間分解力検出が可能になる。実験では、シリコン基板上に形成した銅フタロシアニン薄摸を試料とし、励起光源として半導体励起YAGレーザーを試料-探針間に浅い角度で照射した。高い感度と空間分解能が得られる非接触原子間力顕微鏡では、探針の振動は自励発振で、その周波数は変動する。従って、外部のトリガーでカンチレバーの振動とパルスレーザー照射のタイミングを制御することはできない。そこで、制御回路を自作し、カンチレバーの振動を一周期ごとに検出し、これをもとに次の周期の運動とのタイミングをとることで、一定の遅延時間制御を実現した。この方法により、実際に遅延時間に対して、半値幅約2マイクロ秒の力学応答を検出することに成功した。

Walkthrough ト ン ネ ル 顕 micromirror で molecular の や surface wound up process を 観 examine し よ う と す る と き, sample substrate に electric 気 伝 conductivity が necessary で あ る た め, substrate へ の wound up off が influence な を and ぼ す. こ れ に し seaborne て, interatomic force 顕 micro mirror は, never try on で の determination が may で あ る の で, easy element charge を に 検 out で き る. し か し, interatomic force 顕 micromirror は mechanics 応 answer を と す る た め, time can decompose は め て low く, dynamic process of な の 検 out に は to き で あ る と exam え ら れ て き た. This study で は, in recent years, rapid に 発 exhibition し た non-contact interatomic force 顕 micromirror を ベ ー ス に, カ ン チ レ バ ー の vibration と パ ル ス レ ー ザ ー を period さ せ る こ と に よ り, ミ リ sub-second, サ ブ マ イ ク に and ぶ ロ seconds can decompose で between sample - probe に 働 く force を 検 out す る こ と に successful し た. Non-contact interatomic force 顕 micromirror で は, bureau な は, try が probe に recently after し た お よ そ 1 マ イ ク degree の ロ seconds し か 働 か な い. こ の things be を 応 with し て, パ ル ス レ ー ザ ー irradiation に よ る charge generated after の, あ る 遅 delay between で probe が sample に し seaborne て recently after す る よ う に suppression す れ ば, time resolution 検 out が may に な る. Be 験 で は, シ リ コ ン substrate に form し た copper フ タ ロ シ ア ニ ン thin touch を sample と し, excitation light source と し て semiconductor wound up YAG レ ー ザ ー を に shallow い Angle between sample - probe で irradiation し た. High い sensitivity と space decomposition can が ら れ る non-contact interatomic force 顕 micromirror で は, probe の vibration は self-excited vibration 発 で, そ の cycle for は - move す る. 従 っ て, external の ト リ ガ ー で カ ン チ レ バ ー の vibration と パ ル ス レ ー ザ ー irradiation の タ イ ミ ン グ を suppression す る こ と は で き な い. そ こ で, suppression circuit を since し, カ ン チ レ バ ー の を a vibration cycle ご と に 検 し, こ れ を も と に の の cycle movement と の タ イ ミ ン グ を と る こ と で, certain の 遅 delay between suppression を be presently し た. こ の way に よ り, be interstate に 遅 delay between に し seaborne て, half numerical picture about 2 マ イ ク ロ seconds の mechanics 応 answer を 検 out す る こ と に successful し た.

项目成果

Katsunori Tagami, Masaru Tsukada, Takuya Matsumoto, Tomoji Kawai: "Electronic transport properties of free-base tape-porphyrin molecular wires studied by self-consistent tight-binding calculations"Phys.Rev.B. 67. 245324 (2003)

Katsunori Tagami、Masaru Tsukada、Takuy​​a Matsumoto、Tomoji Kawai：“通过自洽紧束缚计算研究游离碱带-卟啉分子线的电子输运特性”Phys.Rev.B。

高木昭彦, 古川雅士, 田中裕行, 松本卓也, 川合知二: "有機分子/金属界面における電子状態のアライメント"表面科学. 23. 616-121 (2002)

Akihiko Takagi、Masashi Furukawa、Hiroyuki Tanaka、Takuy​​a Matsumoto、Tomoji Kawai：“有机分子/金属界面的电子态排列”表面科学 23. 616-121 (2002)。

Katsunori Tagami, Takuya Matsumoto, Tomoji Kawai, Tasaru Tsukada: "Theoretical prescriptions for improving conductance of short DNA segments sandwiched between metal electrode"Jpn.J.Appl.Phys.. 42. 5887 (2003)

Katsunori Tagami、Takuy​​a Matsumoto、Tomoji Kawai、Tasaru Tsukada：“改善夹在金属电极之间的短 DNA 片段电导的理论处方”Jpn.J.Appl.Phys.. 42. 5887 (2003)

大塚洋一, 内藤泰久, 寺脇歩, 松本卓也, 川合知二: "点接触電流イメージング原子間力顕微鏡の開発"表面科学. 24. 573 (2003)

Yoichi Otsuka、Yasuhisa Naito、Ayumu Terawaki、Takuy​​a Matsumoto、Tomoji Kawai：“点接触电流成像原子力显微镜的开发”表面科学 24. 573 (2003)。

Yoichi Otsuka, Yasuhisa Naitoh, Takuya Matsumoto, Tomoji Kawai: "Point-contact current-imaging atomic force microscopy : Measurement of contact resistance between single-walled carbon nanotubes."Appl.Phys.Lett. 82. 1944-1946 (2003)

Yoichi Otsuka、Yasuhisa Naitoh、Takuy​​a Matsumoto、Tomoji Kawai：“点接触电流成像原子力显微镜：单壁碳纳米管之间接触电阻的测量。”Appl.Phys.Lett。