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。

当试图使用扫描隧道显微镜观察分子或表面的激发过程时，样品基板必须具有导电性，因此基板的去激发具有严重的影响。另一方面，由于原子力显微镜可以在绝缘体上进行测量，因此可以很容易地检测到基本电荷。然而，由于原子力显微镜基于机械响应，其时间分辨率极低，并且被认为不适合检测动态过程。在这项研究中，我们将利用近年来发展迅速的非接触式原子力显微镜，将悬臂的振动与脉冲激光同步，以实现样品与被测物之间小于毫秒至亚微秒的时间分辨率。我们成功地检测到了劳动力。在非接触式原子力显微镜中，当样品最接近尖端时，局部力仅作用约1微秒。通过应用这一事实并控制探针，使其在脉冲激光照射产生电荷后的一定延迟时间最接近样品，时间分辨功率检测成为可能。实验中，以硅基板上形成的薄铜酞菁样品为样品，采用半导体激发YAG激光器作为激发光源，以浅角度照射样品与探针之间的空间。在提供高灵敏度和空间分辨率的非接触式原子力显微镜中，探针的振动是自激振荡，并且其频率波动。因此，不可能使用外部触发器来控制悬臂的振动和脉冲激光照射的时间。因此，他们创建了自己的控制电路，检测悬臂每个周期的振动，并据此确定下一个周期运动的时机，从而实现恒定延迟时间控制。使用这种方法，我们成功地实际检测到了对延迟时间半宽度约为2微秒的机械响应。