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Advance

Katano Satoshi

    Department of Applied Chemistry　Professor
    Research Institute of Industrial Technology　Researcher
    Course of Applied Chemistry　Professor
    Bio-Nano Electronics Research Center　Researcher
Last Updated :2025/06/06

Researcher Information

Research funding number

  • 00373291

J-Global ID

Research Interests

  • 単一分子物性   表面分析   表面物理化学   光化学   機能性分子膜   ナノカーボン   カーボンナノチューブ   金属ナノ微粒子   走査プローブ顕微鏡   走査トンネル顕微鏡   表面振動分光   超高真空技術   

Research Areas

  • Nanotechnology/Materials / Functional solid-state chemistry
  • Nanotechnology/Materials / Nanostructure chemistry
  • Nanotechnology/Materials / Thin-film surfaces and interfaces
  • Nanotechnology/Materials / Basic physical chemistry

Published Papers

Books etc

  • 図説 表面分析ハンドブック
    片野諭 (Contributor走査トンネル顕微鏡発光)朝倉書店 2021

MISC

  • Kusakari T.; Uehara Y.; Kuwahara M.; Suzuki T.; Tanno T.; Katano S.  Meeting abstracts of the Physical Society of Japan  68-  (2)  835  -835  2013/08
  • Uehara Y.; Kuwahara M.; Katano S.  Meeting abstracts of the Physical Society of Japan  68-  (2)  835  -835  2013/08
  • Time-resolved Scanning Tunneling Microscope Light Emission Spectroscopy of Sb2Te3
    Yoichi Uehara; Satoshi Katano; Takaya Tsunoda; Masashi Kuwahara  Proceedings of the 25th Symposium on Phase Change Optical Information Storage 2013  2013-  57  2013
  • Electron Tunneling into Alkanethiol Self-Assembled Monolayer (SAM)-Covered Au Films Studied by Scanning Tunneling Microscope Light emission
    Jamal Uddin Ahamed; Tomonori Sanbongi; Satoshi Katano; Yoichi Uehara  Proceedings of SOIM-GCOE10  2010-  13  2010
  • Phonon Detection Using Scanning Tunneling Microscope Light Emission
    Yoichi Uehara; Satoshi Katano; Shota Watanabe; Masashi Kuwahara  Proceedings of the 22nd Symposium on Phase Change Optical Information Storage 2010  2010-  17  2010
  • Preparation of Au Films Deposited on Glass Substrate for the Enhancement of Light Emission from Prism-coupled STM Junction
    Jamal Uddin Ahamed; Tomonori Sanbongi; Satoshi Katano; Yoichi Uehara  Proceedings of SOIM-GCOE09  2009-  91  2009
  • Furukawa Masashi; Fujisawa H.; Katano S.; Ogasawara H.; Kim Y.; Komeda T.; Nilsson A.; Kawai Maki  Meeting abstracts of the Physical Society of Japan  57-  (2)  747  -747  2002/08
  • Furukawa M.; Komeda T.; Ogasawara H.; Katano S.; Kawai M.; Tanaka H.; Kawai T.; Nilsson A.  Meeting abstracts of the Physical Society of Japan  56-  (1)  799  -799  2001/03
  • Electronic Structure of DNA-related Molecules on Surfaces: Cytosine on Cu(110)
    M. Furukawa; T. Komeda; S. Katano; M. Kawai; T. Kawai; H. Ogasawara; A. Nilsson  MAX Lab Activity Rep.  2000-  204  2000
  • NEXAFS and STM Studies of Butene Isomers on Pd(110)
    S. Katano; M. Furukawa; H. Ogasawara; T. Komeda; H. S. Kato; M. Kawai; K. Domen; A. Nilsson  MAX Lab Activity Rep.  2000-  210  2000

Industrial Property Rights

  • 特許5594770:構造解析方法および構造解析システム  
    上原洋一, 片野諭  東北大学

Research Grants & Projects

  • 日本学術振興会：科学研究費助成事業
    Date (from‐to) : 2024/04 -2028/03 
    Author : 片野 諭
  • Japan Society for the Promotion of Science：Grants-in-Aid for Scientific Research
    Date (from‐to) : 2020/07 -2023/03 
    Author : 片野 諭
     
    酸化グラフェン(GO)の光電子物性は、導電性のsp2ドメインと、酸素官能基が接続された絶縁性のsp3ドメインで構成されるナノ構造で支配される。特にsp2ドメインのサイズや空間分布は、電気伝導や発光などGOの機能性を決定する主な要因となるが、それらナノドメインを微視的に評価できない問題を抱えていた。例えば、ナノ構造の物性を個々に評価できるツールとして走査トンネル顕微鏡(STM)が挙げられるが、絶縁性ドメインを含むGOは導電性が低いためSTMで観察できないとされていた。我々のグループでは、水の除去と単層観察によりこれまで不可能とされていたGOのSTM観察に成功し、これまでのGO研究の概念を覆した。ここで、STMナノスペクトロスコピーがブレークスルー技術となり、振動・電子状態や光物性などGOの機能性に関わるナノ物性が一気に解明される挑戦性の高い本研究の着想を得た。 本研究課題では、一つ一つの原子や分子の特性を個々に調べることができるSTMスペクトロスコピーを駆使して、これまで不明だったGOのナノ光電子物性を解明することを目的とした研究を行う。研究2年目となる令和3年度では、試料基板の評価、STMを用いたGOのナノ構造観察と微視的な電子状態評価を行った。具体的には、試料基板として用いる有機単分子膜の構造と化学状態の評価を高分解能電子エネルギー損失分光法で行った。またSTMや原子間力顕微鏡を用いて、GOの吸着構造を調べた。STMによるトンネル分光（STS）により、GO内に局在した電子状態を明らかにした。さらに、金属ナノ微粒子を用いたナノカーボン形成について成果があった。
  • Japan Society for the Promotion of Science：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
    Date (from‐to) : 2013/04 -2016/03 
    Author : Katano Satoshi
     
    The strong enhancement of the electric field associated with local surface plasmon (LSP) excited on noble metal nanoparticles (NPs) plays a key role in various applications. The enhancement of the electric field is sensitive to the size and separation distance of NPs. Thus, these geometric parameters should be controlled precisely in order to utilize NPs as nano-scale optical devices. In this work, optical properties of single and assembled structures of AgNPs on Si(111) are studied using STM-LE spectroscopy. We found that the AgNP was created beneath the Ag tip by applying the negative voltage. The STM-LE spectrum of AgNP exhibits a broad peak in the visible light range. Size dependent study indicated that the peak intensity is increased with increasing the AgNP size, accompanying the shift of the peak position. Furthermore, the shape-dependent optical behavior of a single AgNP has been clarified using STM-LE, which is well reproduced by the theoretical calculation.
  • Japan Society for the Promotion of Science：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
    Date (from‐to) : 2011 -2012 
    Author : KATANO Satoshi
     
    Optical properties of carbon nanotubes (CNTs) are currently the focus of intense study in relation to the miniaturization of electronic devices. In order to develop electronics based on the CNT, the nano-scale analysis and control of the individual CNT are indispensable. Here, we used scanning tunneling microscopy (STM) to create an atomic-scale defect on the CNT chain. Furthermore, the optical property of the artificial defect formed on CNT has been discussed using the STM tip-induced light emission (STM-LE) method. The dry contact transfer (DCT) method was used to deposit CNTs on the substrates without exposing the sample to air. We have developed this method in order to increase the density of CNT on the substrate. The artificial defect was created on the CNT by positioning the STM tip above the CNT followed by applying the voltage pulse. The light emitted from the SWCNT and the defect was found to be relatively weak compared with that from Au. Moreover, the intense peak observed in the STM-LE spectrum of the intact CNT is shifted to higher energy when the STM-LE was obtained at the defect site of CNT. This would be ascribed to the change in the electronic states of CNT, which was induced by the STM tip.
  • Japan Society for the Promotion of Science：Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
    Date (from‐to) : 2007 -2008 
    Author : KATANO Satoshi
     
    走査トンネル顕微鏡(STM)は、試料表面の原子構造の観察だけでなく、探針と試料間の電位制御により個々の原子・分子の分光が可能である。しかしながら、トンネル電流を検出する装置上の制約により、STMの時間分解能はせいぜい数十ミリ秒程度に限られている。本研究では、従来のSTM装置に高い時間分解能を有するレーザー光を組み合わせたトンネル顕微鏡を構築することを目的とした。単一ナノ構造および有機分子を用いた自己組織化単分子膜構造の形成過程を明らかにし、それらの局所領域における動的過程を明らかにすることができた。
  • 日本学術振興会：科学研究費助成事業 若手研究(B)
    Date (from‐to) : 2004 -2006 
    Author : 片野 諭
     
    本研究の目的は、分子ひとつひとつを識別可能な走査トンネル顕微鏡(STM)を用いて単一分子の電子状態および電気伝導を観測し、分子内および界面における電子の振る舞いをアトムレベルで明らかにすることである。ターゲットとする有機分子を選ぶことにより、電気伝導を担う要素を分離し単一分子内の電子の流れを捕らえ制御することが可能になると考えられる。本年度の研究において以下の事項を明らかにすることができた。 (1)剛直三脚分子の構造制御および電子状態の解明 Au(111)表面に吸着させた剛直三脚分子の吸着構造および局所電子状態をSTMを用いて明らかにした。頭部をBr基で修飾した三脚分子は特徴的な自己組織化単分子膜を形成することが分かった。この構造は、隣り合うS原子の分子間相互作用により安定化され、さらに隣接分子のメチレン基の幾何位置により光学活性構造を誘起することが分かった。また、頭部をフェロセン誘導体で置換した三脚分子は、Br置換体と同一構造の自己組織化単分子膜を形成した。これは、アダマンタン位における分子間相互作用により吸着構造が規定され、その構造が頭部の修飾基によらないためであると考えられる。さらに、走査トンネル分光(STS)法によりBr置換体およびフェロセン置換体の電子状態を明らかにした。Br置換体はフェルミエネルギー近傍にピークを有さないのに対して、フェロセン置換体のスペクトルには分子のHOMOおよびLUMOに帰属される明瞭な共鳴ピークが検出された。トリチオールアダマンタンを骨格とした三脚分子は、吸着構造を保持したまま単一分子の電子状態を任意に制御できる可能性を有することが本結果から示唆された。

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