プラズモン効果による単分子フォトクロミック反応の実現検証
【研究キーワード】
走査型プローブ顕微鏡 / フォトクロミック分子 / 単分子反応 / 光反応 / プラズモン効果 / 走査型トンネル顕微鏡 / 光異性化反応
【研究成果の概要】
金属基板にフォトクロミック分子の一種であるジアリールエテンを規則正しく配列させ、個々の分子の光異性化反応を制御できるか検証するのが本研究の目的である。ジアリールエテンは2つの異性体の熱安定性が高く、一部の金属基板上では均一単分子膜の形成が可能であることが示されている。本研究では、走査型プローブ顕微鏡のプローブ探針と金属基板が作り出すナノギャップに分子を位置させることでプラズモン効果により反応効率を高めオン-オフ制御を実現し、プローブ顕微鏡の種々の分光により2つの異性体の状態判別法を確立することを目指している。
初年度は、銅基板上で形成される均一単分子膜に光を照射し、どのような変化が現れるかの検証を中心に研究を進めた。この分子膜では閉環体という異性化状態にある分子とナトリウムイオンが交互に並ぶことで列を形成する。分子のみを吸着した場合には列構造は現れない。分子双極子と陽イオンの相互作用が鍵である。まず、可視光を照射した場合について調査した。溶液中や結晶のジアリールエテンは閉環体に可視光を照射すると開環体へ反応するため、反応が起こることを予測した。しかし、十数時間照射しても、何も変化が起こらなかった。一方で、紫外光を照射すると走査型トンネル顕微鏡(STM)像において、単分子膜内の分子が一部変化した様子が見られた。この変化がもし光異性化反応、つまり開環体への反応である場合、分子-基板間相互作用によりポテンシャルランドスケープが大きく変化したことを示唆するものである。または、この変化は単に分子の吸着構造の変化や分解反応が起きた可能性も排除できない。
並行して、銀基板上にジアリールエテン分子を蒸着させた場合の観察を実施するため、銀表面の清浄化と分子蒸着セルの作製および蒸着条件の最適化を実施した。
【研究代表者】
【研究種目】基盤研究(B)
【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31
【配分額】17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)