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2022/04/01

基礎有機化学教室の 田中 裕介大学院生、村中 厚哉 薬学部研究員(本務先 理化学研究所)、内山 真伸 教授と理化学研究所の 金有洙主任研究員 らの共同研究グループが、単一分子で生じる光電エネルギー変換の観測に世界で初めて成功


基礎有機化学教室の田中裕介大学院生、村中 厚哉 薬学部研究員(本務先 理化学研究所)、内山真伸教授と理化学研究所の金有洙主任研究員を中心とした共同研究グループは、単一分子内で生じる光から電気へのエネルギー変換を原子スケールで観測することに成功しました。光誘起電子移動(PET)は、光電流生成、光合成、光触媒において、重要な原理として古くから研究されてきました。しかし、PETの機構は単分子・原子レベルでは解明されていませんでした。今回、金グループは、独自に開発した走査トンネル顕微鏡(STM)と波長可変レーザーを融合した装置を用いて、光電流測定の空間分解能を従来よりも10倍程度向上させることに成功しました。そこで、フタロシアニンという有機色素分子の特性を活かし、重水素化技術と組み合わせることで、上記装置により単一分子での光電流経路を原子分解能で画像化することに世界で初めて成功しました。さらに、光電流計測結果の理論的考察により、PET機構を記述し、光電流の空間分布がどの分子軌道に由来するのかを解明することにも成功しました。本研究成果は、有機太陽電池や人工光合成といったエネルギー変換デバイスの設計・効率向上に貢献すると期待できます。
 
本研究成果は、2022年3月31日付で英国の科学雑誌「Nature」誌(オンライン版)に掲載されました。
 
発表論文
掲載雑誌名: Nature
論文タイトル: Orbital-resolved Visualization of Single-molecule Photocurrent Channels
著者: Miyabi Imai-Imada, Hiroshi Imada,* Kuniyuki Miwa, Yusuke Tanaka, Kensuke Kimura, Inhae Zoh, Rafael B. Jaculbia, Hiroko Yoshino, Atsuya Muranaka, Masanobu Uchiyama, Yousoo Kim*
DOI: 10.1038/s41586-022-04401-0
 
論文へのリンクはこちら:
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04401-0

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