超高感度電気容量測定法の開発による単分子デバイスへの展開

单分子器件超灵敏电容测量方法的开发

• 批准号: 21656011
• 负责人: 新井 豊子
• 金额: $ 2.05万
• 依托单位: Kanazawa University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• 财政年份: 2009
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2009 至 2010
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21656011/
• 关键词: 走査型プローブ顕微鏡; 単分子電気容量; ナノ力学

本研究では、走査型プローブ顕微鏡(SPM)探針先端と試料表面の間に挟持されている1分子の静電容量変化をナノ力学的に測定し電子状態変化を解析する手法を開発すること、その結果に基づいて分子の力学・電子的特性を利用したデバイスの開拓をめざした。SPM観察中に探針を振動させつつ試料に接近させると種々の現象が発現する。探針-試料間の電流変化、力変化が代表例である。その一つにAFMカンチレバーの振動を一定に保つために必要な励振エネルギーがある。その解釈は不明な点も多く議論が続いている。しかし、探針-試料間が1nm程度のときは、探針-試料間の静電容量の時間的変化によって変位電流が流れることはわかっている。この電流が探針-試料系閉回路を流れジュール発熱が起きる。そこで、励振エネルギー変化の高感度測定によって探針-試料間の静電容量を精密測定するシステムを開発した。本システムでは、振動の1サイクルあたり0.01eV以下のエネルギー変化を計測可能である。典型例で換算するとaFオーダの静電容量変化に相当する。このシステムを非接触AFMとして動作させsi(111)7x7表面に応用し、探針先端の状態によって励振エネルギーが原子位置によって変化する様子を捉えた。とくにSiレスト原子上(AFMで窪んで領域として描きだされる)で強い変化を示した。同時に観察された7x7単位胞のコーナーホール(Siレスト原子と同様な窪み)ではその変化はなかった。AFMによるアーティファクトではなく、Siレスト原子の電子状態を介した静電容量変化に起因していると考えられる。探針-試料間距離を徐々に変えて、励振エネルギー、電流、力変化を同時計測し、極近接で起こる急激な励振エネルギー変化を捉えた。これは、2物体が近接したことによって誘起される量子状態の出現に対応すると考えら、デバイス応用への足がかりになるものである。

In this study, we developed a method for measuring the electrostatic capacitance of a molecule and analyzing the electronic state change between the probe tip and the sample surface, and developed a method for utilizing the mechanical and electronic properties of a molecule. The phenomenon of probe vibration in SPM detection occurs when the sample is close to it. A representative example of current variation and force variation between probe and sample. The vibration of the AFM must be kept constant and the necessary excitation must occur. There is no clear answer to this question. The change of capacitance time between probe and sample is about 1nm. This current probe-sample system closed-loop current generation starts. High sensitivity measurement of probe and sample capacitance due to vibration and excitation This is the case for vibration measurement below 0.01eV. A typical example is the conversion of electrostatic capacitance. This is a non-contact AFM that operates on a 7x7 surface and is excited by the tip of the probe. The atom of Si is on the surface of AFM, and the atom is on the surface of AFM. At the same time, the 7 x 7 unit cell is observed to be a single cell. AFM is the first to examine the electronic state of atoms and the causes of capacitance changes. Probe-sample distance measurement, excitation, current and force measurement simultaneously, proximity measurement, excitation and force measurement 2 objects are in close proximity to each other, causing quantum states to occur.

项目成果

π共役系分子で界面制御したSi/有機半導体素子の製作と評価

使用π共轭分子进行界面控制的硅/有机半导体器件的制造和评估

• 发表时间: 2011
• 作者: Ayhan Yurtsever;Ken Nagashima;Daisuke Sawada;Daisuke Sawada;Seizo Morita;Seizo Morita;長嶋剣;Takashi Nishimura;T.Arai;山谷寛;高田真希;作石達哉;西村高志
• 通讯作者: 西村高志

Adsorption state of 4, 4-diaminop-terphenyl through an amino group bound to Si(111)-7x7 surface examined by X-ray photoelectron spectroscopy and scanning tunneling microscopy

通过 X 射线光电子能谱和扫描隧道显微镜检查 4, 4-二氨基对三联苯通过与 Si(111)-7x7 表面结合的氨基的吸附状态

• 发表时间: 2010
• 期刊: J. Phys. Chem. C
• 影响因子: 3.7
• 作者: T. Nishimura;A. Itabashi;A. Sasahara;H. Murata;T. Arai and M. Tomitori
• 通讯作者: T. Arai and M. Tomitori

Nanoscale analysis by combined spectroscopies based on non-contact atomic force microscopy under a bias voltage

基于偏压下非接触原子力显微镜的组合光谱纳米级分析

• 发表时间: 2010
• 作者: A. H. Tavabi;S. Arai;S. Muto and T. Tanji;○佐々木正男・山村正樹・鍋島達弥;Toyoko Arai
• 通讯作者: Toyoko Arai

n-conjugated molecules on metal oxide surfaces analyzed by FM-AFM in an environment-controlled atmosphere

在环境控制的气氛中通过 FM-AFM 分析金属氧化物表面上的 n 共轭分子

• 发表时间: 2010
• 作者: Ayhan Yurtsever;Ken Nagashima;Daisuke Sawada;Daisuke Sawada;Seizo Morita;Seizo Morita;長嶋剣;Takashi Nishimura;T.Arai;山谷寛;高田真希;作石達哉;西村高志;小田将人;T.Kondo;西村高志;Takashi Kondo;Zubaida A.Ansari;山谷寛
• 通讯作者: 山谷寛

透明電極基板上π共役分子TPAのSTMによる微視的解析

STM 显微分析透明电极基板上的 π 共轭分子 TPA

• 发表时间: 2011
• 作者: Zeng Lishun;Shinji Mizuno;高田真希,中村翔,山谷寛,山村隆介,鵜飼洋平,川江健,森本章治,米内洋貴,村田英幸,新井豊
• 通讯作者: 高田真希,中村翔,山谷寛,山村隆介,鵜飼洋平,川江健,森本章治,米内洋貴,村田英幸,新井豊