2017 旭硝子財団 助成研究発表会 要旨集

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化学結合エネルギーの違いに着眼することで探針-試料間の相互作用の極性・無極性を問わず実験的に元素同定を行うことができ、適用できる範囲が非常に広い点に優位性がある。最近、我々はAFMを用いた有機分子や水分子ネットワークの高分解能観察に成功しており[6-7]、分子を構成する原子の同定への応用が期待できる。本手法により、産業上重要な金属酸化物表面、触媒系などあらゆる興味ある物質に対して、元素同定の可能性が拓かれると期待できる。 また、本研究を発展させ、様々な元素を同定する方法が確立すれば、半導体物理、触媒化学、材料科学など、ほぼ全ての分野に応用できる技術となる。例えば、現在、様々な物質合成のために、エネルギー効率が高く、アトムエコノミーの高い触媒材料の開発が強く求められている。本手法によって、これまで困難であった自然界にありふれた元素を含む多元組成の固体表面の元素同定が可能となれば、触媒探索・グリーンナノテクノロジーへの応用が期待できる。また、本手法により、この元素同定法の適用範囲の広さを実証できれば、触媒や高温超電導体など、様々な興味深い物質群への応用を切り拓くことができる。1個の原子の元素同定という、原子の実在が認識されてから100年の夢が実現するブレークスルー技術となると期待できる。 4. 参考文献 [1] ‘Chemical identification of individual surface atoms by atomic force microscopy’Y. Sugimoto, et al., Nature 446 (2007) 64 [2]‘Force mapping on a partially H-covered Si(111)-(7x7) surface: Influence of tip and surface reactivity’A. Yurtsever, et al., Phys. Rev. B 87 (2013) 155403 [3]‘Role of Tip Chemical Reactivity on Atom Manipulation Process in Dynamic Force Microscopy’Y. Sugimoto, et al., ACS Nano 7 (2013) 7370 [4] ‘The nature of the chemical bond’L. Pauling, J. Am. Chem. Soc. 54 (1932) 3570 [5]‘Electronegativity determination of individual surface atoms by atomic force microscopy’J. Onoda, M. Ondracek, P. Jelinek, and Y. Sugimoto, Nature Communications 8 (2017) 15155 [6]‘Strain-induced skeletal rearrangement of a polycyclic aromatic hydrocarbon on a copper surface’ A. Shiotari, T. Nakae, K. Iwata, S. Mori, T. Okujima, H. Uno, H. Sakaguchi, and Y. Sugimoto, Nature Communications 8 (2017) 16089 [7]‘Ultrahigh-resolution imaging of water networks by atomic force microscopy’A. Shiotari and Y. Sugimoto, Nature Communications 8 (2017) 14313 5. 連絡先 杉本宜昭 （Yoshiaki SUGIMOTO） 東京大学大学院新領域創成科学研究科物質系専攻 〒277-8561 千葉県柏市柏の葉5-1-5新領域基盤棟6A5 TEL/FAX: 04-7136-4058 E-mail: ysugimoto@k.u-tokyo.ac.jp HP: http://www.afm.k.u-tokyo.ac.jp 図2 化学結合エネルギー測定による元素同定 電気陰性度が異なる原子の間には共有結合力に加えて、イオン性が混在し、極性結合力が働く。両者を分離することによって、様々な元素を同定することができる。 図3 Si 原子とO 原子上で測定された 化学結合エネルギー。 Si 原子上では共有結合力が働き、O 原子上では極性結合力が働く。 −87−