非接触原子間力顕微鏡を用いた金属酸化物単結晶薄膜の原子スケール評価

使用非接触原子力显微镜对金属氧化物单晶薄膜进行原子尺度评估

• 批准号: 03F03546
• 负责人: 大西 洋
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03F03546/
• 关键词: 非接触原子間力顕微鏡; 走査トンネル顕微鏡; 酸化チタン; 色素増感太陽電池; ルチル; カルボン酸; ドーパント; 酸化マグネシウム; ケルビンプローブ顕微鏡; アナターゼ

(1)二酸化チタン表面に吸着した水素原子の位置選択操作原子スケールの位置分解能をもつ走査トンネル顕微鏡の探針に通常より高い電圧をかけると表面原子を操作できる。これを利用してワイドバンドギャップをもつ光機能材料として注目される二酸化チタン表面に吸着した水素原子を原子操作した。(2)二酸化チタン表面に液相から吸着させた色素分子の顕微鏡観察化学吸着した色素から二酸化チタンへの光励起電子移動は色素増感太陽電池としての実用化をめざして研究が進んでいる。走査トンネル顕微鏡は個々の吸着色素分子を画像化する分解能をもつが、原子レベルで平坦な表面構造を保持して蒸気圧の低い色素を吸着させることが難しかった。トリメチル酢酸イオン単分子層が大気中で安定な保護膜となることを見いだして、アセトン溶液からフルオレセイン系色素を交換吸着させて顕微鏡観察した。個々の色素分子を明瞭に識別することができた。この手法はCOOH基をもつ有機物一般に拡張できるため、色素増感太陽電池に利用されるルテニウム錯体をはじめとして種々の色素化合物を用いた研究への道がひらけた。(3)二酸化チタン表面へのアンモニア吸着二酸化チタンに窒素をドープすることにより可視光による光励起が可能になる。窒素ドーパントの位置と光機能を顕微鏡計測することを目的として、原子スケールで平坦な二酸化チタン表面をアンモニア気流中で加熱して窒素原子をドープする試みを始めた。第一歩として、室温で化学吸着したアンモニア分子の顕微鏡画像を捉えた。(4)非接触原子間力顕微鏡によるMgO表面とBaO薄膜の観察MgO(100)単結晶面とそこに蒸着したBaO薄膜を非接触AFMで観察して、原子分解能画像を得ることに成功した。絶縁体表面の高分解能画像を得ることはいまだ難しく、世界的にみても成功例は少ない。

(1)二氧化钛表面吸附的氢原子的位置选择性操纵通过向具有原子级位置分辨率的扫描隧道显微镜的尖端施加比平常更高的电压，可以操纵表面原子。利用这一点，我们操纵了吸附在二氧化钛表面的氢原子，二氧化钛作为宽禁带光学功能材料而备受关注。 (2)从液相吸附到二氧化钛表面的染料分子的显微观察，从化学吸附染料到二氧化钛的光诱导电子转移的研究正在取得进展，目的是作为染料敏化太阳能电池的实际应用。扫描隧道显微镜具有对单个吸附的染料分子进行成像的分辨率，但很难在原子水平上保持平坦的表面结构并吸附低蒸气压的染料。我们发现三甲基乙酸根离子的单分子层在空气中形成稳定的保护膜，并从丙酮溶液中交换和吸附荧光素染料后在显微镜下观察。可以清楚地识别单个染料分子。该方法可以扩展到具有COOH基团的一般有机物质，为研究使用各种染料化合物（包括用于染料敏化太阳能电池的钌配合物）开辟了道路。 (3)二氧化钛表面的氨吸附 用氮掺杂二氧化钛可以用可见光进行光激发。为了使用显微镜测量氮掺杂剂的位置和光学功能，我们开始尝试通过在氨流中加热来用氮原子掺杂原子级平坦的二氧化钛表面。第一步，他们在室温下捕获了化学吸附的氨分子的显微图像。 (4)使用非接触原子力显微镜观察MgO表面和BaO薄膜我们通过使用非接触AFM观察MgO(100)单晶面和沉积在其上的BaO薄膜，成功地获得了原子分辨率图像。获得绝缘子表面的高分辨率图像仍然很困难，并且全球范围内的成功案例很少。

项目成果

Photochemical Reaction of Trimethylacetates on Pt/TiO_2(100)

Pt/TiO_2(100)上乙酸三甲酯的光化学反应

• 发表时间: 2005
• 作者: Hiroshi Uetsuka

白金単一原子およびクラスターから二酸化チタンへの電荷移動のケルビン力顕微鏡による観察

使用开尔文力显微镜观察从铂单原子和簇到二氧化钛的电荷转移

• 发表时间: 2004
• 作者: 笹原亮

Adsorption of Fluorescein Isothiocyanate Isomer-I (FITC-I) Dye on TiO_2(110) from an Acetone Solution

丙酮溶液中异硫氰酸荧光素异构体-I (FITC-I) 染料在 TiO_2(110) 上的吸附

• 发表时间: 2005
• 作者: Chi Pang

Adsorption of Fluorescein Isothiocyanate Isomer-I (FITC-I) Dye on TiO_2(110) from an Acetone Solution

丙酮溶液中异硫氰酸荧光素异构体-I (FITC-I) 染料在 TiO_2(110) 上的吸附

• 发表时间: 2005
• 作者: Chi Pang