テラヘルツ光パルスを用いたＳＴＭ超高速単一分子発光分光法の開発

本研究の目的は、走査トンネル顕微鏡(STM)を用いた発光測定手法に、テラヘルツ(THz)光パルスを用いたトンネル電流の制御技術を組み合わせて、STMをベースとした新規な分光手法を創出することである。STM発光分光法は、STM探針から注入されるトンネル電流によって引き起こされる局所領域からの発光現象を高い空間分解能で調べる事で、量子系のエネルギー散逸を可視化することができる強力な手法である。この手法を、銀基板上に成長したNaCl絶縁体膜上に吸着した3,4,9,10-ペリレンテトラカルボン酸二無水物(PTCDA)分子に対して適用し、低電圧において三重項励起状態が選択的に形成されるという新規現象を発見し、今年度論文として報告した一般に、三重項励起状態は一重項励起状態と寿命が異なることが知られている。しかし、従来のSTM発光分光法では積算して発光スペクトルを得るため、励起状態寿命などの時間的な変遷を測定することは出来ない。このようなSTM発光分光法の制限を打破するため、本研究ではSTM発光測定手法にTHz光を用いた瞬間的にトンネル電流を制御する技術と組み合わせて、新規なSTM超高速分光法の開発を目指した。今年度は、昨年度課題に挙がっていたTHz集光用のレンズ周りを改良、高強度なTHz発生ができるように光学系を改良することで、STMとTHzを組み合すことに成功し、世界で初めてTHz電流誘起のSTM発光信号を観測することに成功した。特に、THz誘起の電流であることを由来とする現象を観測することができ、本研究成果は現在投稿準備中である。今後、本研究成果をもとに単一分子系に拡張され、時間分解発光測定が実現できると期待される。

本研究の目的は、走査トンネル顕微鏡(STM)を用いた発光測定手法に、テラヘルツ(THz)光パルスを用いたトンネル電流の制御技術を組み合わせて、STMをベースとした新規な分光手法を創出することである。STM発光分光法は、STM探針から注入されるトンネル電流によって引き起こされる局所領域からの発光現象を高い空間分解能で調べる事で、量子系のエネルギー散逸を可視化することができる強力な手法である。この手法を、銀基板上に成長したNaCl絶縁体膜上に吸着した3,4,9,10-ペリレンテトラカルボン酸二無水物(PTCDA)分子に対して適用し、低電圧において三重項励起状態が選択的に形成されるという新規現象を発見し、今年度論文として報告した一般に、三重項励起状態は一重項励起状態と寿命が異なることが知られている。しかし、従来のSTM発光分光法では積算して発光スペクトルを得るため、励起状態寿命などの時間的な変遷を測定することは出来ない。このようなSTM発光分光法の制限を打破するため、本研究ではSTM発光測定手法にTHz光を用いた瞬間的にトンネル電流を制御する技術と組み合わせて、新規なSTM超高速分光法の開発を目指した。今年度は、昨年度課題に挙がっていたTHz集光用のレンズ周りを改良、高強度なTHz発生ができるように光学系を改良することで、STMとTHzを組み合すことに成功し、世界で初めてTHz電流誘起のSTM発光信号を観測することに成功した。特に、THz誘起の電流であることを由来とする現象を観測することができ、本研究成果は現在投稿準備中である。今後、本研究成果をもとに単一分子系に拡張され、時間分解発光測定が実現できると期待される。