清水　智子 （シミズ　トモコ）

SHIMIZU, Tomoko

写真a

所属（所属キャンパス）

理工学部 物理情報工学科 基礎理工学専攻 （矢上）

職名

准教授

HP

外部リンク
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経歴 【 表示 ／ 非表示 】

  • 2007年07月
    -
    2009年03月

    独立行政法人理化学研究所, 川合表面化学研究室, 協力研究員

  • 2009年04月
    -
    2010年03月

    独立行政法人理化学研究所, 川合表面化学研究室, 基礎科学特別研究員

  • 2010年04月
    -
    2012年03月

    独立行政法人理化学研究所, Kim表面界面科学研究室, 基礎科学特別研究員

  • 2012年04月
    -
    2013年03月

    独立行政法人理化学研究所, Kim表面界面科学研究室, 基幹研究所研究員

  • 2013年04月
    -
    2015年03月

    独立行政法人物質・材料研究機構, 先端的共通技術部門　極限計測ユニット　原子間力プローブ計測グループ, 主任研究員

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学歴 【 表示 ／ 非表示 】

  • 1998年04月
    -
    2002年03月

    慶應義塾大学, 理工学部, 物理情報工学科

    大学, 卒業

  • 2002年08月
    -
    2004年05月

    カリフォルニア大学バークレー校, College of Engineering, Department of Materials Science and Engineering

    アメリカ合衆国, 大学院, 修士

  • 2004年08月
    -
    2007年05月

    カリフォルニア大学バークレー校, College of Engineering, Department of Materials Science and Engineering

    アメリカ合衆国, 大学院, 修了, 博士

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学位 【 表示 ／ 非表示 】

  • 学士（工学）, 慶應義塾大学, 2002年03月

  • M. Sci., University of California, Berkeley, 2004年05月

  • Ph.D., University of California, Berkeley, 課程, 2007年05月

    Water Adsorption on Ruthenium (0001) Studied by Scanning Tunneling Microscopy

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研究分野 【 表示 ／ 非表示 】

  • ナノテク・材料 / ナノ構造化学

  • ナノテク・材料 / ナノ構造物理

  • ナノテク・材料 / 薄膜、表面界面物性

  • ナノテク・材料 / 基礎物理化学

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研究キーワード 【 表示 ／ 非表示 】

  • 表面界面科学

  • 走査型プローブ顕微鏡

  • 走査型トンネル顕微鏡

  • 原子間力顕微鏡

  • 機能性有機薄膜

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著書 【 表示 ／ 非表示 】

  • エンジニアのための物理化学

    川合眞紀, 宗像利明, 清水 智子, 東京化学同人, 2010年

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論文 【 表示 ／ 非表示 】

  • Simultaneous Ring-Opening and Dehydrogenation of Diarylethene Induced by Tunneling Electrons

    Hirokazu Sato, Taehwan Lee, Minhui Lee, Emiko Kazuma, Yousoo Kim, Jaehoon Jung, Kyoung Chul Ko, Tomoko K. Shimizu

    ChemPhysChem 26 （ 7 ） e202400988 2025年01月

    研究論文（学術雑誌）, 共著, 最終著者, 責任著者, 査読有り

    　概要を見る

    Understanding the reversible transformation between two isomeric states of organic molecules under external stimulation is essential for advancing single-molecule device development. Photochromic diarylethene (DAE) derivatives are promising candidates for single molecular switching elements. This study investigates the single-molecule reactions of the closed-form isomer of a DAE derivative on Cu(111) using scanning tunneling microscopy (STM). A novel ring-opening pathway, distinct from the well-known photochromic isomerization, was discovered. Electron injection into the lowest unoccupied molecular orbitals induces the sequential anchoring of molecules to the substrate through the dehydrogenation of a methyl group at the 2-position of the thiophene ring. This mechanism was revealed by density functional theory calculations and STM simulations. The adsorption configurations for singly and doubly dehydrogenated DAEs were identified. Based on these findings, a new reaction mechanism extending beyond reversible isomeric reactions is proposed for DAE on Cu(111). The present work establishes a novel framework for future studies on single-molecule switching phenomena on metal substrates.

  • Structure and defect identification at self-assembled islands of CO2 using scanning probe microscopy

    Oscar Custance, Emiliano Ventura-Macias, Oleksandr Stetsovych, Carlos Romero-Muñiz, Tomoko K. Shimizu, Pablo Pou, Masayuki Abe, Hironobu Hayashi, Tadakatsu Ohkubo, Shigeki Kawai, Ruben Perez

    ACS Nano 18 （ 39 ） 26759 - 26769 2024年10月

    研究論文（学術雑誌）, 共著, 査読有り

    　概要を見る

    Understanding how carbon dioxide (CO2) behaves and interacts with surfaces is paramount for the development of sensors and materials to attempt CO2 mitigation and catalysis. Here, we combine simultaneous atomic force microscopy (AFM) and scanning tunneling microscopy (STM) using CO-functionalized probes with density functional theory (DFT)-based simulations to gain fundamental insight into the behavior of physisorbed CO2 molecules on a gold(111) surface that also contains one-dimensional metal–organic chains formed by 1,4-phenylene diisocyanide (PDI) bridged by gold (Au) adatoms. We resolve the structure of self-assembled CO2 islands, both confined between the PDI–Au chains as well as free-standing on the surface and reveal a chiral arrangement of CO2 molecules in a windmill-like structure that encloses a standing-up CO2 molecule and other foreign species existing at the surface. We identify these species by the comparison of height-dependent AFM and STM imaging with DFT-calculated images and clarify the origin of the kagome tiling exhibited by this surface system. Our results show the complementarity of AFM and STM using functionalized probes and their potential, when combined with DFT, to explore greenhouse gas molecules at surface-supported model systems.

  • Unveiling the surface of carbon black via scanning probe microscopy and chemical state analysis

    Mari Isagoda, Yuto Ariyoshi, Yuto Fujita, Sae Endo, Takayuki Aoki, Rui Tang, Hirotomo Nishihara, Tomoko K. Shimizu

    Carbon Trends 16   100378-1 - 100378-10 2024年07月

    研究論文（学術雑誌）, 共著, 最終著者, 責任著者, 査読有り

    　概要を見る

    Carbon black (CB) has wide range of industrial applications, including in the manufacturing of automobile tires, rubber products, inks, and plastics. To improve the properties of the target products and establish recycling systems, it must be fully characterized. However, characterization of CB is challenging owing to its structural complexity and the limitation of conventionally used experimental techniques, especially for surface structures at the nanoscale. In this study, we characterized the surface structures of two commercial CB via atomic force and scanning tunneling microscopy. Analysis of well-dispersed aggregates on atomically flat solid surfaces revealed primary particles of diverse sizes. The particle surfaces lacked edges, grooves, and steps that should be observed between stacked graphene sheets, which contradicts the widely accepted crystallite model. Observed images suggest that the graphene sheets exhibit a size distribution, inferring that multiple non-uniformly sized small graphene sheets are stacked turbostratically, with each sheet displaying a localized curvature rather than the ideal planar form. Varying size of sheets and curvature indicate the presence of a decent number of edges terminated with hydrogen and oxygen-containing functional groups. This interpretation was corroborated by conventional spectroscopic techniques: Raman spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, temperature-programmed desorption, and infrared absorption spectroscopy.

  • Modification of transition pathways in polarized resonance Raman spectroscopy for carbon nanotubes by highly confined near-field light

    Yuto Fujita, Norihiko Hayazawa, Maria Vanessa Balois-Oguchi, Takuo Tanaka, Tomoko K. Shimizu

    Journal of Applied Physics 135 （ 19 ） 193101-1 - 193101-8 2024年05月

    研究論文（学術雑誌）, 共著, 最終著者, 査読有り

    　概要を見る

    We observed a modification of transition pathways in polarized resonance Raman spectroscopy during tip-enhanced Raman spectroscopy (TERS) analysis of metallic carbon nanotubes (CNTs). At a spatial resolution reaching up to the sub-nanometer regime, the signal intensity of the typical D-band is observed to be even higher than the intensity of the G-band all over the probed CNTs in TERS imaging. The measured D-band is attributed to the non-vertical transitions of electrons in k-space that are facilitated by highly confined near-field light at the tip–sample junction of our scanning tunneling microscope based TERS system. The D-band signal was observed even when the CNTs were excited by light polarized perpendicular to the tube axis that corresponds to electronic excitations between different cutting line numbers of a CNT. By combining the electron pathways brought about by both the near-field light and its polarization, we found a unique optical transition of electrons of CNTs in near-field Raman spectroscopy.

  • Classification of Adsorbates in Scanning Tunneling Microscopy Images of Fe3O4(111) Surfaces Exposed to Water and Carbon Monoxide

    Asa Kiuchi, Yaoto Eda, Yousoo Kim, Tomoko K. Shimizu

    Surface Science 750   122582-1 - 122582-9 2024年05月

    研究論文（学術雑誌）, 共著, 最終著者, 責任著者, 査読有り

    　概要を見る

    Understanding the structure of catalyst surfaces with adsorbed molecules is key to improving catalyst design. Scanning tunneling microscopy (STM) allows the observation of adsorption states and sites and provides insights into diffusion and desorption processes; however, the presence of multiple types of molecules on the surface presents challenges such as the identification of species and verification of reaction progress, particularly at room temperature or higher. In this study, we develop a protocol for the height classification analysis of STM images using the Watershed algorithm. This method is applied to a system involving the co-adsorption of H the Fe 3 O 4 2 O and CO on (111) surface, which represents the beginning of the water-gas shift reaction. Water molecules and dissociated OH species were identified in STM images of the Fe 3 O 4 (111) surface following the adsorption of water. Furthermore, gradual changes in the types of surface species were observed upon exposure of the surface to CO, indicating reaction progression. Our observations suggest that CO may react with molecular water rather than with dissociated OH on Fe sites. Despite its simplicity, the height classification analysis effectively identifies changes in the adsorbates on the catalyst surface. This method can be extended to other catalyst surfaces with adsorbed gasses.

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KOARA（リポジトリ）収録論文等 【 表示 ／ 非表示 】

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総説・解説等 【 表示 ／ 非表示 】

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研究発表 【 表示 ／ 非表示 】

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競争的研究費の研究課題 【 表示 ／ 非表示 】

  • 磁鉄鉱の室温における水性ガスシフト反応に対する触媒作用の検証と機構解明

    2025年04月
    -
    継続中

    独立行政法人日本学術振興会, 科学研究費　基盤研究(B), 補助金,  研究代表者

  • 磁鉄鉱単結晶およびナノ粒子表面へのガス吸着状態の観察と検証

    2021年04月
    -
    2022年03月

    公益財団法人東京応化科学技術振興財団, 第35回研究助成, 清水智子, その他,  研究代表者

  • 単分子表面分光手法を用いた塵表面における反応素過程の分子レベル解明

    2020年11月
    -
    2025年03月

    科学研究費補助金, 今田裕, 学術変革領域研究(A), 補助金,  研究分担者

  • 走査型プローブ顕微鏡によるカーボンブラック表面の可視化

    2020年07月
    -
    2021年03月

    慶應義塾先端科学技術研究センター, 2020 年度指定研究プロジェクト産学連携支援（単年度）, 清水智子, 共同研究契約,  研究代表者

  • プラズモン効果による単分子フォトクロミック反応の実現検証

    2020年04月
    -
    2023年03月

    文部科学省・日本学術振興会, 科学研究費助成事業, 清水 智子, 基盤研究(B), 補助金,  研究代表者

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受賞 【 表示 ／ 非表示 】

  • 平成30年度科学技術分野の文部科学大臣表彰若手科学者賞

    2018年04月, 文部科学省

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担当授業科目 【 表示 ／ 非表示 】

  • 物性科学

    2025年度

  • 物性物理Ⅰ

    2025年度

  • プレゼンテーション技法

    2025年度

  • 自然科学実験

    2025年度

  • 基礎理工学課題研究

    2025年度

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所属学協会 【 表示 ／ 非表示 】

  • American Chemical Society, 

    2023年05月
    -
    2024年05月

  • 次世代ナノプローブ技術委員会委員, 

    2023年04月
    -
    継続中

  • 日本応用物理学会, 

    2021年01月
    -
    継続中

  • 日本表面真空学会, 

    2018年04月
    -
    継続中

  • 日本化学会, 

    2014年
    -
    継続中

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委員歴 【 表示 ／ 非表示 】

  • 2025年05月
    -
    継続中

    関東支部幹事役員, 公益社団法人　日本表面真空学会

  • 2024年05月
    -
    継続中

    協議員, 公益社団法人　日本表面真空学会

  • 2023年12月
    -
    2024年10月

    プログラム委員, The 15th International Symposium on Atomic Level Characterizations for New Materials and Devices (ALC’22)

  • 2023年05月
    -
    2025年05月

    関東支部幹事役員庶務担当, 公益社団法人　日本表面真空学会

  • 2023年04月
    -
    継続中

    次世代ナノプローブ技術委員会委員, 一般財団法人　青葉工学振興会

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