阪大ら，光誘起力顕微鏡で電子の歪を1nm以下で観察

大阪大学，大阪公立大学，大阪産業技術研究所は，光照射により発生する力（光圧）を計る顕微鏡（光誘起力顕微鏡）を用いて，単一分子の中で電子が複雑に歪む様子を1nm以下の分解能で画像化することに世界で初めて成功した（ニュースリリース）。

個々の分子の電子分布を可視化することは，触媒作用，分子ナノテクノロジー，バイオテクノロジーにおける長年の目標。分子の電子分布は，孤立した環境だけでなく，隣接する分子や基質によっても支配される。

実環境におけるエネルギーと電荷の移動に関する情報は，望ましい分子機能を設計するために不可欠。これまで近接的な光場を観測する顕微鏡としては走査型近接場光学顕微鏡があったが，分子スケールを超える空間分解能でこれらの要因を可視化することは不可能だった。

今回，研究グループは，光誘起力顕微鏡とケルビンプローブ力顕微鏡を組み合わせた顕微鏡でペンタセン二重膜を観測し，そのデータを理論解析した。

その結果，電荷移動が起こった単一分子内部の電子雲の歪みを0.6nmの空間分解能で観測することに成功し，これまで観測不可能であった単一分子の多重極励起を画像化した。2次元マッピングにより，光誘起力は分子の端で強くなり，中央では弱いことを明らかにした。

また，理論計算の結果，電荷移動が起こらない場合は分子の中心で双極子の垂直成分が強く励起されるが，電荷移動が起こったときには，電子雲が複雑に歪み，双極子の垂直成分は分子の端で強く励起され，中心では相殺されることが分かった。

さらに電荷移動が起こる場合に出現した多重極励起状態は通常はほとんど光を吸収することはなく，分子は透明になるため，普通の光学測定では観測できない。

以上のように今回の発見は，従来の方法では不可能で，分子の近接光学応答と隣接環境間の電荷移動を同時に可視化する顕微鏡技術を組み合わせることによって初めて達成できた。

研究グループは，この技術は画期的な光触媒材料や太陽電池材料の実現に向けた新たな基盤技術として期待されるとしている。