単一分子の精密ナノ分光 ~観察しているナノ物質の性質を正確に評価する手法の確立~

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2021-07-02 理化学研究所,科学技術振興機構,分子科学研究所,大阪府立大学,東京大学,北海道大学,大阪大学

理化学研究所(理研) 開拓研究本部 Kim表面界面科学研究室の今田 裕 上級研究員、今井 みやび 特別研究員、金 有洙 主任研究員らの共同研究グループは、ナノメートル(1ナノメートルは10億分の1メートル)サイズの領域に局在する光を用いることで、原子分解能を持つ顕微鏡で観察しているナノ物質の性質を直接測る精密ナノ分光手法を確立しました。

本研究成果は、エネルギーの高効率利用に向け、ナノスケールの分子系で生じるエネルギー変換や物質変換の機構解明に貢献するものと期待できます。

これまで、精密な分光計測には主にレーザー光が用いられてきましたが、空間分解能が数百ナノメートルと不十分でした。一方で、原子分解能で物質を観察できる顕微鏡では、精密な分光法が開発されておらず、顕微鏡で見ているナノ物質の性質を正確に測ることは困難でした。

今回、共同研究グループは、原子分解能を持つ走査トンネル顕微鏡(STM)と狭線幅の波長可変レーザーを組み合わせ、マイクロ電子ボルト(1マイクロ電子ボルトは100万分の1電子ボルト)という高いエネルギー分解能とナノメートルという高い空間分解能を併せ持つ精密ナノ分光法を開発しました。さらにこの手法を用いて、化学種の同定、ナノ空間で生じるシュタルク効果の発見とその機構解明に成功しました。

本研究は、科学雑誌「Science」オンライン版(2021年7月2日付)に掲載されます。

本研究は、日本学術振興会(JSPS) 科学研究費補助金若手研究(A)「単一分子STMフォトルミネッセンス法の開発及びエネルギーダイナミクスの解明と制御(研究代表者:今田 裕)」、同 新学術領域研究(研究領域提案型)「単一分子近接場光ピンセット法の確立と光機能性分子配列の創出(研究代表者:今田 裕)」、同 研究活動スタート支援「単一分子エネルギーアップコンバージョンの機構解明と高効率化(研究代表者:今井 みやび)」、同 基盤研究(S)「走査トンネル顕微鏡で拓く微小極限の光科学(研究代表者:金 有洙)」、同 基盤研究(S)「物質と生命を光でつなぐ分子技術の開発(研究代表者:内山 真伸)」、同 新学術領域研究(研究領域提案型)「理論計算を基盤とした生合成経路の探索と生合成リデザインへの挑戦(研究代表者:内山 真伸)」、同 基盤研究(B)「らせん構造をもつフタロシアニン系化合物の合成と機能開拓(研究代表者:村中 厚哉)」、同 基盤研究(C)「近接場光が誘起する双極子近似を超えた光化学反応機構の解明(研究代表者:岩佐 豪)」、同 新学術領域研究(研究領域提案型)「分子結晶の励起状態と発光機構(研究代表者:岩佐 豪)」、同基盤研究(C)「新たな窒素固定反応の開発(研究代表者:日隈 聡士)」、科学技術振興機構(JST) 戦略的創造研究推進事業 さきがけ「分子間コヒーレントエネルギー移動の時空間計測と制御(研究者:今田 裕)」、同 「近接場光による励起状態制御の理論(研究者:岩佐 豪)」による支援を受けて行われました。

詳しい資料は≫

<論文タイトル>
“Single-molecule laser nanospectroscopy with micro–electron volt energy resolution”
DOI:10.1126/science.abg8790
<お問い合わせ先>

<研究に関すること>
今田 裕(イマダ ヒロシ)
理化学研究所 開拓研究本部 Kim表面界面科学研究室 上級研究員
(科学技術振興機構(JST) さきがけ研究員)

今井 みやび(イマイ ミヤビ)
理化学研究所 開拓研究本部 Kim表面界面科学研究室 特別研究員

金 有洙(キム ユウス)
理化学研究所 開拓研究本部 Kim表面界面科学研究室 主任研究員

<JST事業に関すること>
嶋林 ゆう子(シマバヤシ ユウコ)
科学技術振興機構 戦略研究推進部 グリーンイノベーショングループ

<報道担当>
理化学研究所 広報室 報道担当
科学技術振興機構 広報課
自然科学研究機構 分子科学研究所 研究力強化戦略室 広報担当
大阪府立大学 広報課
東京大学 大学院薬学系研究科 薬学部 庶務チーム
北海道大学 総務企画部 広報課
大阪大学 大学院基礎工学研究科 庶務係

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