分子STM探針によるフロンティア軌道の可視化検出法

フラーレンで科学的に修飾した探針(C_<60>探針)を用いて、ポルフィリンおよびその金属錯体をSTMで観察した.その結果,ポルフィリンの共役π電子系のみが選択的に明るく観察できることを見出した.これはC_<60>探針とporphyrinとの電荷移動相互作用に伴う電子波動関数の重なりを通じてトンネル電流が促進されたためであると考えられる.さらに,ポルフィリンからC_<60>へは大きな電子移動が生じるのに対し,逆にC_<60>からポルフィリンへの電子移動はほとんど生じないことを見出した.以上の結果から,空間的に近接した電子供与体と受容体の間には電子移動が非対称に生じることを実証し,C_<60>-ポルフィリンのペアが分子整流素子として有用であることを単分子レベルで明らかにした(Proc. Natl. Acad. Sci).次に,種々のオリゴチオフェンをSTMにより観察した.オリゴチオフェン四量体(4T)は,従来の金属探針,およびC_<60>探針のいずれを用いても,その共役II系が一様に明るく観察された.4Tの中央にフェニレン基を導入したオリゴチオフェン(2T-P-2T)は,金属探針では,4Tと同様に共役系が一様に観察されたのに対し,C_<60>探針を用いることによって,そのフェニレン基が選択的に暗く観察された.チオフェンは,フェニレンよりも電子供与性が強いため,フロンティア軌道では,フェニレン基はチオフェン部位よりも電子密度が少ない.従って,上記の結果は,C_<60>探針を用いることによって,C_<60>とオリゴチオフェンとの電荷移動相互作用に基づき,この電子密度が直接可視化できたものと考えられる.これにより,分子探針を用いることによって,共役系におけるエネルギーレベルの異なる部位,すなわち,分子ワイヤにおける"欠陥"部位を選択的に可視化できることが明らかになった.

フラーレンで科学的に修飾した探針(C_<60>探針)を用いて、ポルフィリンおよびその金属錯体をSTMで観察した.その結果,ポルフィリンの共役π電子系のみが選択的に明るく観察できることを見出した.これはC_<60>探針とporphyrinとの電荷移動相互作用に伴う電子波動関数の重なりを通じてトンネル電流が促進されたためであると考えられる.さらに,ポルフィリンからC_<60>へは大きな電子移動が生じるのに対し,逆にC_<60>からポルフィリンへの電子移動はほとんど生じないことを見出した.以上の結果から,空間的に近接した電子供与体と受容体の間には電子移動が非対称に生じることを実証し,C_<60>-ポルフィリンのペアが分子整流素子として有用であることを単分子レベルで明らかにした(Proc. Natl. Acad. Sci).次に,種々のオリゴチオフェンをSTMにより観察した.オリゴチオフェン四量体(4T)は,従来の金属探針,およびC_<60>探針のいずれを用いても,その共役II系が一様に明るく観察された.4Tの中央にフェニレン基を導入したオリゴチオフェン(2T-P-2T)は,金属探針では,4Tと同様に共役系が一様に観察されたのに対し,C_<60>探針を用いることによって,そのフェニレン基が選択的に暗く観察された.チオフェンは,フェニレンよりも電子供与性が強いため,フロンティア軌道では,フェニレン基はチオフェン部位よりも電子密度が少ない.従って,上記の結果は,C_<60>探針を用いることによって,C_<60>とオリゴチオフェンとの電荷移動相互作用に基づき,この電子密度が直接可視化できたものと考えられる.これにより,分子探針を用いることによって,共役系におけるエネルギーレベルの異なる部位,すなわち,分子ワイヤにおける"欠陥"部位を選択的に可視化できることが明らかになった.