分子科学研究所の高橋翔太特任助教、櫻井敦教助教（兼　総合研究大学院大学助教）、望月達人大学院生（総合研究大学院大学）、杉本敏樹准教授（兼　総合研究大学院大学准教授）と、東北大学の熊谷紘一大学院生（当時）、平野智倫助教、森田明弘教授らの研究グループは、原子レベルで探針位置を制御可能な走査トンネル顕微鏡（STM）の金属ナノ探針先端にフェムト秒パルスレーザーを照射することで、従来困難であった1億分の1メートル（10ナノメートル）級の高い空間分解能で表面分子からの和周波発生（SFG）信号を検出することに成功しました。SFG分光法は分子の構造・配向情報を表面選択的に観測できる強力な手法として知られていますが、その空間分解能は光の回折限界（集光サイズ限界）によってマイクロメートル程度に制限されていました。本研究で達成された1億分の1メートル級の空間分解能は、この限界をおよそ2桁凌駕するものです。さらに、高精度な理論計算も導入し実験的に得られたナノSFGスペクトルの形状を解析することで、ナノ探針直下の微小空間に存在する分子が、表面に対して上向きと下向きのどちらを向いて吸着しているかという「絶対配向」の情報を、ナノサイズの表面ドメインごとに取得できることも実証しました。本研究は、SFG分光法を光の回折限界を超えるナノ空間分解分光スキームへと拡張した世界初の例であり、不均一な表面・界面におけるナノスケールの局所的な分子配向が分子の機能や反応ダイナミクスとどのように密接に関わっているかを解き明かす重要なツールになると期待されます。
　本研究成果は、アメリカ化学会の国際学術誌『The Journal of Physical Chemistry C』に、12月11日付でオンライン掲載されました。