走査型トンネル顕微鏡と極短パルス光による有機半導体単一分子の電子状態の解明

使用扫描隧道显微镜和超短脉冲光阐明有机半导体单分子的电子态

基本信息

批准号：
21K14697
负责人：
相賀則宏
金额：
$ 3万
依托单位：
University of Hyogo
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 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

有機半導体素子の特性を決定する分子の物理化学的性質は、分子の構造やその電子状態によって大きく左右される。これらの性質は個々の分子の置かれた周囲の局所的な環境に依存する可能性があるため、分子の周囲の局所的な環境と分子構造・電子状態との間の関係を、分子レベルで解明する必要がある。本研究課題では、超高真空走査型トンネル顕微鏡(STM)を用いて実空間で分子の吸着構造をナノイメージングするとともに、STM探針直下のトンネル接合部位にレーザー光を照射し、探針－基板間のナノ領域に生じる局在表面プラズモンによる電場増強を利用することによって単分子レベルの分光計測を行う。令和4年度は、有機半導体素子への応用が期待される6,13-bis(triisopropylsilylethynyl)pentacene(TIPS-ペンタセン)分子等の有機分子を観測対象として、STMトポ像の観察および単一分子レベルでの探針増強ラマン散乱(TERS)分光を行った。清浄な銀(111)基板の表面の上に蒸着した分子の吸着状態をSTMトポ像で観察した。STM探針を基板に接近させた状態で探針先端部にレーザー光を照射し、そこから発生する分光信号を効率よく検出するための実験方法を確立した。STM銀探針にTIPS-ペンタセン分子を吸着させた後、次に銀探針を銀(111)基板に接近させたときのみ、TIPS-ペンタセンに由来するとみられるTERS信号を観測した。興味深いことに、TIPS-ペンタセン分子のラマン活性な振動モードに加え、本来ラマン不活性・赤外活性なモードも観測されることがわかった。この結果を銀と分子が接触することによる分子構造の対称性の変化に基づいて理解できることを提唱した。以上の結果は査読付き学術誌２本に掲載され、第16回分子科学討論会において報告した。

决定有机半导体器件特性的分子物理化学性质很大程度上受到分子结构及其电子态的影响。这些性质可能取决于每个分子周围的局部环境，因此我们需要在分子水平上研究分子周围的局部环境与分子结构/电子状态之间的关系。在这个研究项目中，我们使用超高真空扫描隧道显微镜（STM）对真实空间中分子的吸附结构进行纳米成像，并用激光照射STM探针正下方的隧道结来进行光谱测量单分子水平是利用两者之间的纳米区域中产生的局域表面等离子体引起的电场增强来实现的。 2020财年，我们将观测6,13-双(三异丙基甲硅烷基乙炔基)并五苯(TIPS-并五苯)分子等有机分子的STM拓扑图像和单分子水平观测，预计将其应用于有机半导体器件。进行拉曼散射（TERS）光谱分析。使用 STM 形貌观察沉积在干净的银 (111) 基底表面上的分子的吸附状态。我们建立了一种实验方法，可以有效地检测通过用激光照射 STM 探针尖端并使其靠近基板而产生的光谱信号。在 STM 银针尖上吸附 TIPS-并五苯分子后，我们观察到只有当银针尖靠近银 (111) 基底时，似乎才源自 TIPS-并五苯的 TERS 信号。有趣的是，除了TIPS-并五苯分子的拉曼活性振动模式外，我们还观察到拉曼非活性、红外活性模式。我们提出，这个结果可以根据银与分子之间接触引起的分子结构对称性的变化来理解。上述结果发表在两份同行评审的学术期刊上，并在第16届分子科学研讨会上进行了报告。