理研ら,テラヘルツ光で単一分子発光を誘起

著者: sugi

理化学研究所(理研),横浜国立大学,浜松ホトニクスは,ピコ秒の時間スケールを有する光パルスとナノメートルスケールの物質を可視化する顕微鏡を組み合わせた,現時点で極限ともいえる時空間分解能を有する単一分子分光手法を確立した(ニュースリリース)。

近年,ピコ秒の時間幅を有するTHz領域の光パルスを用いることで,超高速な電荷制御が実現できるようになってきた。特に,THzパルスを走査トンネル顕微鏡(STM)と組み合わせることでナノメートルスケールで物質への電荷注入が可能となる。

研究グループは、テラヘルツ電場駆動走査トンネル顕微鏡(THz-STM)を国内で先駆けて実現したものの,流れる電流の測定しかできず,分子の状態変化を詳細に調べることが困難だった。そこで,光STMとTHzパルスを組み合わせたTHz-光STMを用いて単一分子レベルの実験を行なった。

試料にはPdフタロシアニン分子を用い,銀基板上でTHzパルスを照射した結果,660nm付近の発光を検出。これは,分子のフロンティア軌道(HOMOとLUMO)への電荷注入により励起子が形成されたことを示している。さらに,発光測定中にほとんど電流が流れなかったことから,電荷がSTM探針と分子の間でのみやりとりされていたと考えられるという。

次に,THzパルスの波形を制御し,発光強度との関係を調べた。キャリアエンベロープ位相を変えることで発光強度が変化し,位相210°付近で最大となることが確認された。THzパルス波形の解析から,サブピークでLUMOに電子が注入され,メインピークでHOMOから電子が引き抜かれることで励起子が形成されることが明らかになった。

さらに,二つのTHzパルスを用いて発光測定を行なうと,約1ps周期の発光強度変動が観測された。これは,THzパルスによる分子の振動が電荷移動の確率を変調し,励起子形成確率に影響を与えたためと考えられるという。この結果は,THzパルスを利用することで単一分子レベルの超高速ダイナミクスを制御できることを示している。

今回の研究では分子から生じた光を検出しただけだったが,研究グループは,他のレーザー光源とも組み合わせることで,ラマン散乱現象やフォトルミネッセンス現象などさまざまな光学現象を高い時間分解能で測定できるようになるとしている。

キーワード:

関連記事

  • 北大ら,分光画像を空間の繋がりから読み解く新手法

    北海道大学,大阪大学,京都府立医科大学は,ラマン分光計測に対して,化学的な周辺環境を表す新しい尺度を定義し,それに基づいた新しい解析手法の開発に成功した(ニュースリリース)。 生体組織内の分子の種類や分布を調べるためにラ…

    2025.10.30
  • 東北大ら,テラヘルツで量子物質の巨大分極を誘発

    東北大学,東京科学大学,岡山大学は,電子強誘電体と呼ばれる量子物質の一種にテラヘルツ波を照射することで,バルク強誘電体としては過去最大の極めて大きな分極の変化を示すことを発見した(ニュースリリース)。 強誘電体はメモリや…

    2025.09.12
  • 名大,安価で無毒なテラヘルツデバイスに知見

    名古屋大学の研究グループは,シリコン(Si),ゲルマニウム(Ge),スズ(Sn)というIV族元素のみで構成されるGeSn/GeSiSn二重障壁構造を超高品質に形成する新技術を開発し,テラヘルツ発振に必要な共鳴トンネルダイ…

    2025.08.22
  • 科学大ら,THzデバイスのチューニング機構を開発

    東京科学大学と広島大学は,マイクロアクチュエータを用いた機械チューニング技術によりテラヘルツ(THz)帯通信デバイスの性能改善に成功した(ニュースリリース)。 300GHz帯や150GHz帯といった高周波領域(テラヘルツ…

    2025.08.20
  • 農工大ら,室温動作する広帯域テラヘルツセンサ開発

    東京農工大学,中国科学院,兵庫県立大学は,シリコン素材を用いて室温動作可能であり高速・高感度で広帯域検出可能なテラヘルツMEMSボロメータの開発に成功した(ニュースリリース)。 テラヘルツ(THz)計測技術の社会実装を進…

    2025.07.18
  • OKIら,異種材料接合でテラヘルツデバイス量産確立

    OKIとNTTイノベーティブデバイスは,結晶薄膜を剥離し,異なる材料の基板やウエハーに異種材料接合するOKI独自の技術であるCFB(Crystal Film Bonding)技術を用いて,InP系UTC-PD(単一走行キ…

    2025.07.18
  • オーシャンフォトニクス,分光放射輝度計を発売

    オーシャンフォトニクスは,分光放射輝度(W/m2/sr/nm)の校正がされた,感度補正済みの分光測定システムである分光放射輝度計「ILT970-VNIR/ILT570-VISシリーズ」を発売すると発表した(製品ページ)。…

    2025.06.26
  • NTTら,高出力な300GHz帯信号生成システムを実現

    日本電信電話(NTT),NTTイノベーティブデバイス,米Keysight Technologies, Inc.は,J帯(220GHz~325GHz)をフルカバーする広帯域な増幅器モジュールと,信号の歪を高精度に補償可能な…

    2025.06.18

新着ニュース

人気記事

新着記事

  • オプトキャリア