IMRAM

Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

東北大学
多元物質科学研究所

LAST UPDATE 2021/05/06

  • 研究者氏名
    Researcher Name

    高岡毅　Tsuyoshi TAKAOKA
    講師　Lecturer

  • 所属
    Professional Affiliation

    東北大学多元物質科学研究所
    Institute of Multidisciplinary Research for Advanced Materials, Tohoku University

    計測研究部門　走査プローブ計測技術研究分野
    Division of Measurements, Advanced Scanning Probe Microscopy

  • 研究キーワード
    Research Keywords

    表面科学
    分子吸着
    触媒反応
    赤外分光
    Surface Science
    Molecular Adsorption
    Catalysis Reaction
    Infrared Spectroscopy
研究テーマ
Research Subject
固体表面における分子の運動機構の解明
Exploration of mechanism of molecular motion on solid surfaces

研究の背景 Background

様々な物質の間に働く摩擦について、これまで多くの研究がなされてきた。この摩擦は、マクロなサイズの材料の現象のみならず、自己組織化膜・ナノ構造や触媒反応機構などにも関連しているので、ナノサイズ、もしくは分子レベルでの摩擦現象機構の研究に興味が持たれている。とくに固体表面とその表面に化学吸着した分子の間に働く摩擦は多くの現象と関わりが深いことが明らかになりつつある。

There have been continuous researches of the friction for a long time. The researches are now focusing on the phenomena at nano or molecular level, since they are directly related to the formation mechanism of self-assembled molecular films and nanostructures, as well as catalytic reactions of adsorbates. Compared to the studies of atomicscale friction in physisorption systems, less have been examined on chemisorbed molecules despite their importance in applications.

研究の目標 Outcome

これまでに我々は、表面上に化学吸着した分子に生じる摩擦を定量的に評価する方法を示した。この方法では、エネルギー制御した希ガス原子を、すでに表面に化学吸着した分子に照射する。入射原子の運動エネルギーは、衝突によって吸着分子に移動し、衝突された分子は表面上を移動する。平らなテラス上を滑り、やがてステップに到達する。ステップ位置とテラス位置に吸着した分子は、赤外分光法によって振動数の違いから区別することができる。この観測結果から吸着分子に生じる摩擦や運動エネルギーの減衰を見積もりたいと考えている。

We have shown a method to measure the friction of a single molecule chemisorbed on a surface. In the method, energycontrolled rare gas atoms are incident on the molecules. The translational energy is transferred to the adsorbates through mechanical collisions, and the adsorbates are displaced so that they can reach step sites. Molecules adsorbed at step site and terrace site were distinguished by infrared spectroscopy. Our object is the estimation of friction coefficient of molecules, and decay of kinetic energy of CO molecules.

研究図Research Figure

Fig.1. Schematic diagram of a Pt(997) surface after the surface is exposed to CO molecules and subsequently to rare gas atoms. CO molecules are displaced on the surface when incident rare gas atoms have a sufficiently high translational energy to permit lateral motion of CO molecules. Fig.2. A series of FTIR spectra obtained after a Pt(997) surface is exposed to CO molecules and subsequently to Ar atoms having a translational energy of 0.95 eV at θi=45° . The CO coverage was estimated to be 0.033 ML. The amounts of Ar atoms in (a), (b), (c), (d), (e), and (f) are 0, 2.1, 4.2, 6.34, 10, and 21 x 1015 cm-2, respectively Fig.3. A schematic of the relation between the displacement and the translational energy of CO after obtaining a translational energy, where the friction coefficient of 8 x 1012 sec-1 is used. The transient surface diffusion length of CO on the Pt(997) surface reported previously is shown as a dotted circular arc.

文献 / Publications

T. Takaoka and T. Komeda, Phys. Rev. Lett. 100 (2008) 046104.

研究者HP