RESEARCH / 研究内容

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 当研究室では、有機分子と無機材料の界面制御をキーワードに、基礎研究と応用研究の両端のフィールドで表面界面の研究に取り組んでいます。基礎研究としては、無機単結晶表面における単分子の自己集合および動的過程の解明を行っています。本稿ではこの内容を中心にお伝えしたいと思います。また、応用研究としては、色素増感太陽電池等の応用を目指して、複雑なナノ結晶の表面制御の研究を行っています。

We study structure of surfaces and interfaces of materials for future electronic devices in atomic or molecular scale. In our group, dynamic behavior of atoms or molecules on a well-defined semiconductor surface is investigated for atomic-scale devises by using surface analysis techniques such as STM and XPS. Controlling of surface structure of nano particles for dye-sensitized solar cells or gas sensors is another research topic.

 

テーマ1 「無機表面に吸着した有機分子の自己組織化とその工学応用に関する研究」

 キーワード:有機無機界面,ナノテクノロジー,自己組織化,色素増感太陽電池

 結晶表面では固体内部から続いてきた周期的な構造が途切れてしまうことにより、より安定な構造に再配列しようとする力が働きます。この表面の結合力を利用することで、固体内部では存在できないような特性を持ったナノ構造を創りだす研究をしています。特に有機分子と無機結晶の接合界面に注目して、有機無機界面の自己組織化に関する研究を行っています。左側の図(オレンジ色の図)は含窒素有機分子をシリコン基板に合わせて形成させた1次元分子配列や環状分子配列の走査トンネル顕微鏡(STM)像です。1つの輝点が1分子です。シリコン結晶基板の配向に合わせて分子の配列が変化しています。右側の図はピロールという分子をシリコン(111)表面に吸着させて作った分子の柵の中にTMP(trimethylphosphine)という別の分子を閉じ込めたSTM像です。ショートムービーで見られるように、分子柵の中でTMPが動いています。これを用いて分子同士の相互作用について、実験的に詳しく調べることが可能になりました。

 

pyrazine TOC

 

 

テーマ2「表面制御によるナノ構造物質の高機能化」

 色素増感太陽電池(DSSC)は注目されている次世代太陽電池の1つですが、ここにも有機無機界面が存在します。DSSCは酸化チタンナノ結晶による多孔質体に色素を吸着させた構造をしています。本研究室では硫黄を含んだ分子を用いて酸化チタンの表面準位を減らし、エネルギー変換効率を改善させる研究をしています。また酸素・窒素気流の制御によって酸化チタン結晶表面の精密制御を行っています。


上記の研究に加え、単結晶表面の原子・分子による被覆や、ガスセンサーの研究も行っています。 

Research field of Shimomura Laboratory is “Surface and Interface Science”. Especially, we focus on sciences observed between solid surface and organic molecule.

Current Topics:

1. Self-assembly of organic molecules on silicon surfaces and its application.

2. Surface modification of TiO2 nano porous film for dye-sensitized solar cells

Keywords: Self-assembly, Organic-inorganic Interface, Nanotechnology, Dye-sensitized solar cells

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