科學研究 - 【先驅科研人】測量單個吸光分子產生的電流，開發模仿光合作用的超高效率太陽能電池

今井 Miyabi
東京科學大學理學院物理學系副教授
出生於埼玉縣。2019年完成東京大學研究生院新領域創成科學研究科物質系專業博士課程，獲得博士學位（科學）。歷任日本國立研究開發法人理化學研究所開拓研究本部特別研究員、該研究所基礎科學特別研究員，2025年起任現職。2022年入選先驅科研人。

Q1 您立志成為研究者的契機是什麼？
A1 長時間思考後解決難題的成就感

我從小學時就喜歡讀書，記得有段時間深深沉迷於書架上的奧數書籍。常常為一道題苦思冥想數日，在靈光一閃找到解題思路的那一刻，那份成就感讓我難以忘懷，也徹底迷上了鑽研。這種態度至今未變，我總是在不斷尋找難題，不分晝夜地持續思考。

10歲時，我在學校的活動中寫下未來的夢想，並把它封進了時間膠囊。這件事後來我自己都忘了，直到在成人禮上開啟一看，上面竟寫著「我想成為研究學者」。大學三年級時我也曾找過工作，但內心強烈希望在研究所工作，最終選擇攻讀博士課程。不知不覺間，我實現了兒時的夢想。

Q2 目前正在從事的研究是什麼？
A2 藉助STM挑戰光電轉換之謎

在理化學研究所，我們開發出了全球首個辨率測量並視覺化單個吸光分子所產生電流的方法。這種測量方法為太陽能發電和人工光合作用的研究提供了新見解。我們將自主設計的裝置——用可調諧雷射照射待觀察分子使其變為高能態——與掃描隧道顯微鏡（STM）相結合，實現了這一突破。

我在大學四年級時接觸到了STM。當時我對太陽能發電研究很感興趣，但因為猜拳輸了，被分配到了一個用STM開展奈米科學研究的實驗室。起初我因為研究方向不同而感到困擾，但被可用肉眼觀察原子的STM所吸引，並想到是否可以將它與太陽能發電結合起來。不過當時受技術所限，未能取得成果。

後來，我靈機一動，想到可以用STM測量單個分子受光照射時產生的電流。開發過程雖然艱辛，但通過精準調控STM的探針與照射到分子上的光之間的相互作用等持續改良，最終成功清晰捕捉到了單個分子產生的光電流。

目前，我正致力於模仿植物光合作用的光電轉換研究。光合作用反應中心能以近乎100%的驚人效率完成光電能量轉換，但其機制至今仍是未解之謎。我構建了由類似光合色素的分子排列而成的模型光合作用系統，並利用STM以原子級精度探究分子間的距離、角度與能量轉換的關係。我認為，如果能闡明這種關係，將有望助力研發高效率太陽能電池。