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

基本信息

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

项目摘要

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。

当尝试使用扫描隧道显微镜观察分子或表面的激发过程时，底物上的启动具有严重的效果，因为对样品底物需要电导率。相反，可以在绝缘子上测量原子力显微镜，因此可以轻松检测基本电荷。但是，由于原子力显微镜基于机械响应，因此其时间分辨率极低，被认为不适合检测动态过程。在这项研究中，近年来，基于迅速发展的非接触原子力显微镜，我们通过同步悬臂的振动和脉冲激光，成功地检测了样品和探针之间作用的力，其时间分辨率小于毫秒。在非接触原子力显微镜中，当样品最接近探针时，局部力仅在大约1微秒的周期起作用。使用这个事实，如果控制探针在通过脉冲激光照射后在电荷产生后的一定延迟时间处最接近样品，则可能会发生时间分辨力检测。在实验中，将在硅底物上形成的薄铜邻苯烷氨酸用作样品，并以样品和探针之间的浅角度照射半导体泵浦的YAG激光器作为激发光源。在提供高灵敏度和空间分辨率的非接触原子力显微镜中，探针的振动是自振荡的，其频率波动。因此，不可能控制悬臂的振动和用外部触发器的脉冲激光照射的时间。因此，在内部建造了一个控制电路，并在每个周期中检测到悬臂的振动，并基于此，按照下一个运动周期进行了时机，从而实现了恒定的延迟时间控制。该方法已用于检测大约2微秒的机械响应，最大宽度为延迟时间。