単一分子の精密ナノ分光 ～観察しているナノ物質の性質を正確に評価する手法の確立～
理化学研究所（理研）開拓研究本部Kim表面界面科学研究室の今田裕上級研究員、今井みやび特別研究員、金有洙主任研究員らの共同研究グループ※は、ナノメートル（nm、1nmは10億分の1メートル）サイズの領域に局在する光を用いることで、原子分解能を持つ顕微鏡で観察しているナノ物質の性質を直接測る精密ナノ分光手法を確立しました。
本研究成果は、エネルギーの高効率利用に向け、ナノスケールの分子系で生じるエネルギー変換や物質変換の機構解明に貢献するものと期待できます。
これまで、精密な分光計測には主にレーザー光が用いられてきましたが、空間分解能が数百nmと不十分でした。一方で、原子分解能で物質を観察できる顕微鏡では、精密な分光法が開発されておらず、顕微鏡で見ているナノ物質の性質を正確に測ることは困難でした。
今回、共同研究グループは、原子分解能を持つ走査トンネル顕微鏡（STM）と狭線幅の波長可変レーザーを組み合わせ、マイクロ電子ボルト（μeV、1μeVは100万分の1eV）という高いエネルギー分解能とnmという高い空間分解能を併せ持つ精密ナノ分光法を開発しました。さらにこの手法を用いて、化学種の同定、ナノ空間で生じるシュタルク効果の発見とその機構解明に成功しました。
本研究は、科学雑誌『Science』オンライン版（7月2日付）に掲載されました。
詳細はプレスリリースをご覧ください。
※共同研究グループ
理化学研究所 開拓研究本部
[Kim表面界面科学研究室]
・上級研究員 今田 裕（科学技術振興機構（JST） さきがけ研究員）
・特別研究員 今井 みやび
・基礎科学特別研究員 木村 謙介
・主任研究員 金 有洙
[内山元素化学研究室]
・実習生（研究当時） 田中 裕介
・実習生（研究当時） 鳥海 尚之
・専任研究員 村中 厚哉
・主任研究員 内山 真伸（東京大学 大学院薬学系研究科 教授）
[加藤ナノ量子フォトニクス研究室]
・主任研究員 加藤 雄一郎（光量子工学研究センター 量子オプトエレクトロニクス研究チーム チームリーダー）
分子科学研究所
・特任助教 三輪 邦之
大阪府立大学大学院 工学研究科
・特任助教（研究当時） 山根 秀勝
・准教授 余越 伸彦
・教授 石原 一（大阪大学 大学院基礎工学研究科 教授）
北海道大学大学院 理学研究院
・助教 岩佐 豪（科学技術振興機構（JST） さきがけ研究員）
・教授 武次 徹也
研究支援
本研究は、日本学術振興会（JSPS）科学研究費補助金若手研究（A）「単一分子STMフォトルミネッセンス法の開発及びエネルギーダイナミクスの解明と制御（研究代表者：今田裕）」、同新学術領域研究（研究領域提案型）「単一分子近接場光ピンセット法の確立と光機能性分子配列の創出（研究代表者：今田裕）」、同研究活動スタート支援「単一分子エネルギーアップコンバージョンの機構解明と高効率化（研究代表者：今井みやび）」、同基盤研究（S）「走査トンネル顕微鏡で拓く微小極限の光科学（研究代表者：金有洙）」、同基盤研究（S）「物質と生命を光でつなぐ分子技術の開発（研究代表者：内山真伸）」、同新学術領域研究（研究領域提案型）「理論計算を基盤とした生合成経路の探索と生合成リデザインへの挑戦（研究代表者：内山真伸）」、同基盤研究（B）「らせん構造をもつフタロシアニン系化合物の合成と機能開拓（研究代表者：村中厚哉）」、同基盤研究（C）「近接場光が誘起する双極子近似を超えた光化学反応機構の解明（研究代表者：岩佐豪）」、同新学術領域研究（研究領域提案型）「分子結晶の励起状態と発光機構（研究代表者：岩佐豪）」、同基盤研究（C）「新たな窒素固定反応の開発（研究代表者：日隈聡士）」、科学技術振興機構（JST）戦略的創造研究推進事業さきがけ「分子間コヒーレントエネルギー移動の時空間計測と制御（研究者：今田裕）」、同「近接場光による励起状態制御の理論（研究者：岩佐豪）」による支援を受けて行われました。
