2025/06/01 更新

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オオエ ヒロアキ
大江 弘晃
Hiroaki Ooe
所属
理学部 理学科 助教
職名
助教
プロフィール
超高真空中および大気中で動作する周波数変調原子間力顕微鏡(FM-AFM)の開発に取り組んでいます。
FM-AFMとは、探針と試料の間に働く「相互作用力の変化」を「カンチレバーの共振周波数の変化」として検出して表面観察を行う走査プローブ顕微鏡です。
自作装置で一原子を識別する原子分解能が得られる、固体表面の原子単位特性制御技術への発展が期待される解析手法です。
外部リンク

学位

  • 博士(理学) ( 金沢大学 )

研究キーワード

  • 表面物理

  • ナノ物理

  • プローブ顕微鏡

研究分野

  • ナノテク・材料 / 薄膜、表面界面物性

学歴

  • 金沢大学   自然科学研究科   博士後期課程

    2013年4月 - 2016年3月

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  • 金沢大学   自然科学研究科   博士前期課程

    2011年4月 - 2013年3月

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  • 金沢大学   理学部   物理学科

    2007年4月 - 2011年3月

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経歴

  • 横浜市立大学   理学部 理学科   助教

    2019年10月 - 現在

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  • 金沢大学   理工研究域   博士研究員

    2016年4月 - 2019年9月

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  • レーゲンスブルク大学(ドイツ)   派遣研究員

    2015年2月 - 2015年12月

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所属学協会

論文

  • Bromination-Enhanced Chiral Interactions for Triphenylamine on Au and Ag(111)

    Hiroaki Ooe, Kazushiro Takasugi, Takashi Yokoyama

    The Journal of Physical Chemistry C   2025年3月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:American Chemical Society (ACS)  

    DOI: 10.1021/acs.jpcc.4c08221

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  • On-surface polymerization reactions of dibrominated hexaphenylbenzene influenced by densely packed self-assembly 査読

    Hiroaki Ooe, Takashi Yokoyama

    Physical Chemistry Chemical Physics   26 ( 17 )   12939 - 12946   2024年

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Royal Society of Chemistry (RSC)  

    This work presents the influence of molecular self-assembly of dibrominated hexaphenylbenzene (Br<sub>2</sub>-HPB) on the on-surface polymerization reactions on Au(111) substrate.

    DOI: 10.1039/d4cp00696h

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  • Two-Step On-Surface Synthesis of One-Dimensional Nanographene Chains 査読

    Hiroaki Ooe, Kaede Ikeda, Takashi Yokoyama

    The Journal of Physical Chemistry C   127 ( 16 )   7659 - 7665   2023年4月

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    担当区分:筆頭著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:American Chemical Society (ACS)  

    DOI: 10.1021/acs.jpcc.3c00373

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  • Layer-by-layer dissolution and recovery of KBr(001) surfaces covered with a nanometer-thick water film caused by a pressing tip controlled by frequency modulation atomic force microscopy 査読

    Hiroaki Ooe, Toyoko Arai

    Applied Physics Express   12   115002   2019年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

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  • Amplitude dependence of image quality in atomically-resolved bimodal atomic force microscopy 査読

    Hiroaki Ooe, Dominik Kirpal, Daniel S. Wastl, Alfred J. Weymouth, Toyoko Arai, Franz J. Giessibl

    APPLIED PHYSICS LETTERS   109 ( 14 )   141603   2016年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:AMER INST PHYSICS  

    In bimodal frequency modulation atomic force microscopy (FM-AFM), two flexural modes are excited simultaneously. We show atomically resolved images of KBr(100) in ambient conditions in both modes that display a strong correlation between the image quality and amplitude. We define the sum amplitude as the sum of the amplitudes of both modes. When the sum amplitude becomes larger than about 100 pm, the signal-to-noise ratio (SNR) drastically decreases. We propose that this is caused by the temporary presence of one or more water layers in the tip-sample gap. These water layers screen the short range interaction and must be displaced with each oscillation cycle. Decreasing the amplitude of either mode, however, increases the noise. Therefore, the highest SNR in ambient conditions is achieved when twice the sum amplitude is slightly less than the thickness of the primary hydration layer. Published by AIP Publishing.

    DOI: 10.1063/1.4964125

    Web of Science

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  • Evaluation and optimization of quartz resonant-frequency retuned fork force sensors with high Q factors, and the associated electric circuits, for non-contact atomic force microscopy 査読

    Hiroaki Ooe, Mikihiro Fujii, Masahiko Tomitori, Toyoko Arai

    REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS   87 ( 2 )   023702   2016年2月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:AMER INST PHYSICS  

    High-Q factor retuned fork (RTF) force sensors made from quartz tuning forks, and the electric circuits for the sensors, were evaluated and optimized to improve the performance of non-contact atomic force microscopy (nc-AFM) performed under ultrahigh vacuum (UHV) conditions. To exploit the high Q factor of the RTF sensor, the oscillation of the RTF sensor was excited at its resonant frequency, using a stray capacitance compensation circuit to cancel the excitation signal leaked through the stray capacitor of the sensor. To improve the signal-to-noise (S/N) ratio in the detected signal, a small capacitor was inserted before the input of an operational (OP) amplifier placed in an UHV chamber, which reduced the output noise from the amplifier. A low-noise, wideband OP amplifier produced a superior S/N ratio, compared with a precision OP amplifier. The thermal vibrational density spectra of the RTF sensors were evaluated using the circuit. The RTF sensor with an effective spring constant value as low as 1000 N/m provided a lower minimum detection limit for force differentiation. A nc-AFM image of a Si(111)-7 x 7 surface was produced with atomic resolution using the RTF sensor in a constant frequency shift mode; tunneling current and energy dissipation images with atomic resolution were also simultaneously produced. The high-Q factor RTF sensor showed potential for the high sensitivity of energy dissipation as small as 1 meV/cycle and the high-resolution analysis of non-conservative force interactions. (C) 2016 AIP Publishing LLC.

    DOI: 10.1063/1.4941065

    Web of Science

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  • Resonance frequency-retuned quartz tuning fork as a force sensor for noncontact atomic force microscopy 査読

    Hiroaki Ooe, Tatsuya Sakuishi, Makoto Nogami, Masahiko Tomitori, Toyoko Arai

    APPLIED PHYSICS LETTERS   105 ( 4 )   043107   2014年7月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:AMER INST PHYSICS  

    Based on a two-prong type quartz tuning fork, a force sensor with a high Q factor, which we call a retuned fork sensor, was developed for non-contact atomic force microscopy (nc-AFM) with atomic resolution. By cutting a small notch and attaching an AFM tip to one prong, its resonance frequency can be retuned to that of the other intact prong. In balancing the two prongs in this manner, a high Q factor (&gt;50 000 in ultrahigh vacuum) is obtained for the sensor. An atomic resolution image of the Si(111)-7 x 7 surface was demonstrated using an nc-AFM with the sensor. The dependence of the Q factor on resonance frequency of the sensor and the long-range force between tip and sample were measured and analyzed in view of the various dissipation channels. Dissipation in the signal detection circuit turned out to be mainly limited by the total Q factor of the nc-AFM system. VC 2014 Author(s). All article content, except where otherwise noted, is licensed under a Creative Commons Attribution 3.0 Unported License.

    DOI: 10.1063/1.4891882

    Web of Science

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講演・口頭発表等

  • 二段階表面反応によるナノグラフェン一次元鎖形成過程のSTM観察

    大江弘晃, 池田楓, 横山崇

    日本物理学会2022年秋季大会  2022年 

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  • STM に組みこんだ qPlus センサーの熱振動を利用した力計測の検討

    大江弘晃

    第82回応用物理学会秋季学術講演会  2021年9月 

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  • qPlus センサーの熱振動を利用した力計測

    第68回春季応用物理学会学術講演会  2022年 

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受賞

  • 自然科学研究科長賞

    2016年3月   金沢大学  

    大江弘晃

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共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 単分子の電気伝導率と剛性の同時計測に向けたSTM/熱振動AFM複合機の開発

    研究課題/領域番号:20K15175  2020年4月 - 2023年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 若手研究  若手研究

    大江 弘晃

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    配分額:3770000円 ( 直接経費:2900000円 、 間接経費:870000円 )

    本研究では、固体表面の単原子/単分子の複合的な特性(例えば、金属表面に吸着した分子ワイヤーの電気伝導率、剛性、伸縮性の相関特性)の解明を目的に、「走査トンネル顕微鏡(STM)」と「熱振動で力を計測する原子間力顕微鏡(熱振動AFM)」を組み合わせた複合型走査プローブ顕微鏡を開発する。
    2021年度は、大気環境で動作する走査プローブ顕微鏡を構築し、位相同期機能を実装したロックインアンプと走査トンネル顕微鏡用コントローラを組み合わせた原子間力顕微鏡/走査トンネルトンネル顕微鏡の複合計測を開始した。AFM力センサーには、大気環境での表面酸化に強い白金イリジウム探針を取り付けたqPlusセンサー(音叉型水晶振動子を応用したAFM力センサー)を使用して、観察試料には、二次元積層グラフェン(HOPG)、金蒸着マイカ、イオン性結晶KBrの固体気体界面を観察し、0.3nm程度の原子高さステップテラス構造を無制御大気環境でも安定に観察できる状況まで装置開発を進めた。
    従来の原子間力顕微鏡計測を行うだけでなく、熱振動を利用した力(特に引力相互作用)検出の可否について研究を進めた。具体的には、導電性探針と導電性試料を用いて、探針試料間距離をトンネル電流値で制御し、探針試料間力学的相互作用として静電気力を変化させ、力とAFM力センサーの熱振動応答の関係を解析した。さらに、熱振動を利用して検出した信号と探針試料間力学的相互作用の関係を明らかにするために、近い条件で周波数変調法を用いて取得したデータとの比較を行った。

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  • 原子間力顕微鏡用の熱振動を応用した力検出法の確立

    2020年4月 - 2021年3月

    公益財団法人 横浜学術教育振興財団  2020年度研究助成 

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  • 大気環境における潮解性物質表面の原子単位局所溶解制御

    2017年4月 - 2019年3月

    日本学術振興会  学術研究助成基金助成金(若手B) 

    大江弘晃

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    担当区分:研究代表者  資金種別:競争的資金

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