清水　智子 (シミズ　トモコ)

SHIMIZU, Tomoko

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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, 修了, 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 】

  • 原子間力顕微鏡

  • 機能性有機薄膜

  • 表面科学

  • 走査型トンネル顕微鏡

  • 走査型プローブ顕微鏡

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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 】

  • 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, 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.

  • Stability and formation process of hydrogen-bonded organic porous thin films: A molecular dynamics study

    Kazuma Matsui, Hiroshi Watanabe, Tomoko K. Shimizu

    AIP Advances 12 （ 10 ） 105109-1 - 105109-7 2022年10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

    Molecular dynamics simulation using the reactive force field was performed to investigate the stability and formation mechanisms of organic porous thin films made of 1,3,5-tris(4-carboxyphenyl) benzene (BTB) molecules fabricated at the air/water interface. A single-layer honeycomb structure is found to be unstable, whereas thicker films are stable, which is consistent with experimental findings. The slight corrugation of the existing film produces local charge variation that attracts isolated molecules via the Coulomb interaction. When the isolated molecule approaches the film, a hydrogen bond is formed, and then the molecule adjusts the adsorption configuration by itself to maximize both horizontal and vertical intermolecular interactions. The key to the initial hydrogen bond formation is suggested to be the density of the molecules provided in the system as well as the spontaneous alignment of the BTB molecules to the solution/water interface. Our study showed that the BTB film is stable, and the molecules are self-assembled without external forces in the quasi-two-dimensional system. These results suggest that the dominant factor for the film formation at the air/water interface is interactions among BTB molecules and confinement to the two-dimensional space.

  • Evidence of One-Dimensional Channels in Hydrogen-Bonded Organic Porous Thin Films Fabricated at the Air/Liquid Interface

    Kanae Yamanami, Yuto Fujita, Kazuma Matsui, Ryu Asari, Tomoko Kusawake, Tomoko K. Shimizu

    Langmuir 38 （ 5 ） 1910 - 1914 2022年02月

    研究論文（学術雑誌）, 共著, 最終著者, 責任著者, 査読有り,  ISSN  07437463

    　概要を見る

    Visualization of periodically aligned pores in organic frameworks is a key to the understanding of their structural control. Comparing to monolayer-thick self-assembled molecular networks, real-space nanoscale characterization of thicker films, especially obtaining information on the stacking manner of molecules is challenging. Here, we report an atomic force microscopy study of hydrogen-bonded thin films fabricated at the air/liquid interface. The presence of one-dimensional channels is evidenced by resolving honeycomb structures over the films with the thickness variation of more than several nanometers. We also demonstrate that the film thickness can be controlled by the ratio of mixed solvent rather than the surface pressure during the fabrication at the air/liquid interface.

  • Effect of Molecule-Substrate Interactions on the Adsorption of meso-Dibenzoporphycene Tautomers Studied by Scanning Probe Microscopy and First-Principles Calculations

    Tomoko K. Shimizu, Carlos Romero-Muniz, Oleksander Stetsovych, Jaime Carracedo-Cosme, Michael Ellner, Pablo Pou, Koji Oohora, Takashi Hayashi, Ruben Perez, Oscar Custance

    Journal of Physical Chemistry C 124 （ 49 ） 26759 - 26768 2020年12月

    研究論文（学術雑誌）, 共著, 筆頭著者, 査読有り,  ISSN  19327447

    　概要を見る

    meso-Dibenzoporphycene molecules adsorbed on the Ag(111) surface and on 2-monolayer-thick NaCl films were studied using submolecular resolution atomic force microscopy (AFM), scanning tunneling microscopy (STM), and first-principles calculations to clarify their stability and tautomerization behavior. We have found that the bonding of the molecules with the surface is determined by the interplay of different contributions, including the interaction of the π-aromatic orbitals of the benzene rings and the metal-coordination bond of the lone-pair electrons of the imine nitrogen atoms with the metal atoms (Ag, Na) on each substrate. The strength of the latter ultimately governs the molecular adsorption configuration and determines the nature and energy barriers for tautomerization. On Ag(111), the interaction of the imine nitrogen atoms with the Ag atoms deforms the macrocycle of porphycene, leading to a distinct AFM contrast that allows a clear identification of the molecule in its cis tautomeric form. In contrast, on NaCl films, the weaker interaction with the Na atoms leads to a flatter geometry and very similar adsorption configurations for the cis- and trans-forms, which cannot be distinguished in AFM experiments. Although weak, the dominant role of this local N-Na interaction, compared to the essentially nondirectional dispersive interactions, results in a new type of tautomerization process. In this case, the transfer of hydrogen atoms within the porphycene cavity is accompanied by a significant displacement of the whole molecule to a new site to reach a new minimum energy adsorption configuration. Our theoretical calculations indicate that this lateral translation, rather than the intramolecular H transfer, dominates the activation energy on NaCl. This novel tautomerization behavior, which we have identified on a rather inert ionic surface, might also be present on other weakly interacting substrates.

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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 】

  • 慶應義塾大学理工学部 物理情報工学科 清水研究室（研究紹介）

    清水智子

    応用物理学会薄膜表面分科会ニュースレター No.176   45 - 47 2021年09月

    単著

  • 高解像度走査型プローブ顕微鏡による炭素材料の評価

    清水 智子

    炭素 285   204 - 209 2018年12月

    記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）, 単著, 筆頭著者, 責任著者

  • 分子の内部構造を見る原子間力顕微鏡技術

    清水智子, Oscar Custance

    表面科学 37 ( 7 ) 320 - 325 2016年07月

    記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）, 共著

  • 第２部　計測テクノロジー最前線 第１章　原子一つにせまるテクノロジー ２　原子間の力をはかる　－ＡＦＭ－

    清水智子, クスタンセ オスカル

    NIMS調査分析室レポート 材料イノベーションを加速する先進計測テクノロジーの現状と動向-物質・材料研究のための先端計測テクノロジー (物質・材料研究機構)     42 - 51 2016年01月

    記事・総説・解説・論説等（大学・研究所紀要）, 共著

  • フォトクロミック分子を金属表面に乗せると？

    清水 智子

    日本化学会研究会「低次元系光機能材料研究会」ニュースレター 10   6 - 8 2016年01月

    記事・総説・解説・論説等（学術雑誌）, 単著, 筆頭著者, 責任著者

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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
    -
    継続中

    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

  • 機能性ナノ材料の評価に向けたマルチスケール走査型プローブ顕微鏡の開発

    2019年04月
    -
    2021年03月

    公益財団法人　高橋産業経済研究財団, 清水智子, その他,  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 】

  • 表面界面科学

    2024年度

  • 物性科学

    2024年度

  • 物性物理Ⅰ

    2024年度

  • プレゼンテーション技法

    2024年度

  • 自然科学実験

    2024年度

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所属学協会 【 表示 ／ 非表示 】

  • American Chemical Society, 

    2023年05月
    -
    継続中

  • 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

  • 日本物理学会, 

    2010年03月
    -
    継続中

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委員歴 【 表示 ／ 非表示 】

  • 2024年04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
    -
    継続中

    プログラム委員, The 15th International Symposium on Atomic Level Characterizations for New Materials and Devices (ALC’24)

  • 2023年04月
    -
    継続中

    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

  • 2023年04月
    -
    継続中

    幹事, 日本応用物理学会薄膜・表面物理分科会

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