極低温トンネル分光による単一分子の局所電子状態の解明とガス吸着の影響の考察

通过低温隧道光谱阐明单分子的局域电子态并考虑气体吸附的影响

基本信息

批准号：
18041010
负责人：
夛田博一
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

今年度は、金属表面上の有機分子に対するガス分子の吸着の影響を調べた。清浄化した銅(111)表面上に、中心にコバルト原子を配位したコバルトフタロシアニン(CoPc)分子を吸着させ、さらに酸素ガスを極微量導入した後、5ケルビンの極低温で走査トンネル顕微鏡(STM)観察を行った。CoPcは分子面を表面に平行に吸着していた。CoPcのコバルト部分の高さが0.18nm(CoPc)と0.35nm(02-CoPc)の2種類のCoPcが観察された。酸素ガスを導入しない場合高さが0.35nmの02-CoPcは全く観察されなかったことから、02-CoPcでは酸素ガスが中心金属コバルトに吸着していると考えられる。フタロシア環部分の高さには変化が確認されなかったことから、酸素ガスはCoPcのコバルト部分にのみ結合することがわかった。金属フタロシアニン分子では、鉄やコバルトといった中心金属部分に酸素ガスが吸着することが知られているが、吸着状態を単一分子レベルで直接観察した研究例は皆無である。本研究では、酸素ガスがコバルト原子上に吸着したフタロシアニン分子を単一分子レベルで実空間観察することに初めて成功した。また、酸素ガスは中心金属部分のみに吸着し、他の部位へは吸着しないことが明らかになった。また、基板の磁気構造が有機分子へ与える影響を調べる際に、磁性表面作製技術が必要となる。そこで金表面上へ磁性材料マンガンを蒸着し、STM観察と走査トンネル分光(STS)を行った。STM像では√3×√3構造が確認されたことから、MnAu_2表面合金が形成されていると考えられる。この表面でSTSを測定したところ、占有準位側にマンガン3d電子の多数準位および金の表面準位が現れ、非占有準位側にはマンガン3d電子の少数スピンの準位が現れることがわかった。また、マンガンの表面準位と考えられるピークがフェルミ準位に見つかった。本研究によってMnAu_2表面合金の構造と電子状態を明らかにすることができた。

今年，我们研究了气体分子吸附对金属表面有机分子的影响。将中心有钴原子配位的钴酞菁（CoPc）分子吸附到清洁的铜（111）表面上，引入极少量的氧气后，在极低的温度下进行扫描隧道显微镜（STM）分析。 5 开尔文）进行了观察。 CoPc以与表面平行的分子平面吸附。观察到两种类型的CoPc，CoPc的钴部分的高度为0.18nm(CoPc)和0.35nm(02-CoPc)。由于当不引入氧气时根本没有观察到高度为0.35nm的O 2 -CoPc，因此认为氧气被吸附至O 2 -CoPc中的中心金属钴。由于没有观察到酞菁环部分的高度变化，因此发现氧气仅与CoPc的钴部分结合。已知氧气被吸附到金属酞菁分子的中心金属部分，例如铁或钴，但没有研究直接观察单分子水平的吸附状态。在这项研究中，我们首次成功地在单分子水平上对钴原子上吸附有氧气的酞菁分子进行了实空间观察。还发现氧气仅被吸附到中心金属部分，而没有被其他部分吸附。此外，在研究基底的磁性结构对有机分子的影响时，需要磁性表面处理技术。因此，我们将磁性材料锰沉积到金表面并进行STM观察和扫描隧道光谱（STS）。由于在STM图像中确认了√3×√3结构，因此认为形成了MnAu_2表面合金。当对该表面进行STS测量时，发现锰3D电子的大部分能级和金的表面能级出现在占据能级侧，而锰3D电子的少数自旋能级出现在未占据能级侧。此外，在费米能级发现了一个被认为是锰表面水平的峰。通过这项研究，我们能够阐明MnAu_2表面合金的结构和电子态。