半導体ナノ微粒子複合系のホットキャリア・マルチキャリア移動と荷電励起子の研究

• 研究課題/領域番号: 15H03773
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物理化学
• 研究機関: 関西学院大学
• 研究代表者: 玉井 尚登 関西学院大学, 理工学部, 教授 (60163664)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円); 2017年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2016年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2015年度: 9,490千円 (直接経費: 7,300千円、間接経費: 2,190千円)
• キーワード: 半導体ナノ微粒子 / 荷電励起子 / ホットキャリア / マルチキャリア / 過渡吸収分光 / フェムト秒レーザー分光

研究成果の概要

半導体ナノ微粒子におけるホットキャリア移動と量子閉じ込めの次元性との関係を解明するために，量子ドット(QDs)やナノプレートレット（NPLs）を合成し，これらにAuやPt等のナノ微粒子（NPs）を接合する手法を検討した。Au－CdSe QDsでは1P(e)からホット電子移動が起こっているが，NPLsでは効率的なフォノン放出による高励起状態からの緩和が早くホットキャリア移動が起こらないが，Pt NPs－CdSe NPLsではパルス幅（~ 60 fs）よりも早い超高速電子移動が存在している事を明らかにした。またQDsやNPLsに光化学電子ドーピングを行い，荷電励起子の振る舞いを解明した。

研究成果

• [雑誌論文] Rod-Shaped Zn-Ag-In-Te Nanocrystals with Wavelength-Tunable Band-Edge Photoluminescence in the Near-IR Region (2018)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya Kameyama, Kouta Sugiura, Yujiro Ishigami, Takahisa Yamamoto, Susumu Kuwabata, Tomoki Okuhata, Naoto Tamai, and Tsukasa Torimoto
  • 雑誌名: J. Mater. Chem. C. 巻: 6 号: 8 ページ: 2034-2042
  • DOI: 10.1039/c7tc05624a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unravelling the Ultrafast Exciton Relaxation and Hidden Energy State In CH3NH3PbBr3 Nanoparticles (2018)
  • 著者名/発表者名: Tetsuro Katayama, Harunobu Suenaga, Tomoki Okuhata, Sadahiro Masuo and Naoto Tamai
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 122 号: 9 ページ: 5209-5214
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.8b01051
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quasi-Type II Carrier Distribution in CdSe/CdS Core/Shell Quantum Dots with Type I Band Alignment (2018)
  • 著者名/発表者名: Li Wang, Kouhei Nonaka, Tomoki Okuhata, Tetsuro Katayama, and Naoto Tamai
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 122 号: 22 ページ: 12038-12046
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.7b11684
  • 査読あり
• [雑誌論文] Solid-solution Coordination Polymers as Precursors for ZnxCd1-xS/C Composite Nanowires (2017)
  • 著者名/発表者名: S. Tajima, Y. Kuroshima, T. Katayama, N. Tamai, K. Sada, K. Hirai
  • 雑誌名: Eur. J. Inorg. Chem. 巻: 印刷中 号: 18 ページ: 2444-2449
  • DOI: 10.1002/ejic.201700289
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Multiphoton Emission Enhancement from a Single Colloidal Quantum Dot Using SiO2-Coated Silver Nanoparticles (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Naiki, T. Uedao, L. Wang, N. Tamai, S. Masuo
  • 雑誌名: ACS Omega 巻: 2 号: 2 ページ: 728-737
  • DOI: 10.1021/acsomega.6b00520
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electron and Phonon Dynamics in Hexagonal Pd Nanosheets and Ag/Pd/Ag Sandwich Nanoplates (2017)
  • 著者名/発表者名: L. Wang, T. Sagaguchi, T. Okuhata, M. Tsuboi, and N. Tamai
  • 雑誌名: ACS Nano 巻: 11 号: 2 ページ: 1180-1188
  • DOI: 10.1021/acsnano.6b07082
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Face-Dependent Electron Transfer in CdSe Nanoplatelet－Methyl Viologen Complexes (2016)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Okuhata and Naoto Tamai
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 120 号: 30 ページ: 17052-17059
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.6b04765
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Detailed Observation of Multiphoton Emission Enhancement from a Single Colloidal Quantum Dot Using a Silver-Coated AFM Tip (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Takata, H. Naiki, L. Wang, H. Fujiwara, K. Sasaki, N. Tamai, and S. Masuo
  • 雑誌名: Nano Lett. 巻: 16 号: 9 ページ: 5770-5778
  • DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b02479
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Organic Nanoparticles of Malachite Green with Enhanced Far-Red Emission: Size-Dependence of Particle Rigidity (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Funada, T. Hirose, N. Tamai, H. Yao
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys 巻: 17 号: 16 ページ: 11006-11103
  • DOI: 10.1039/c5cp00031a
  • 査読あり
• [雑誌論文] Charge Transfer Dynamics and Auger Recombination of CdTe/CdS Core/Shell Quantum Dots (2015)
  • 著者名/発表者名: Li Wang, Yumei Tian, Tomoki Okuhata, and Naoto Tamai
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 119 号: 31 ページ: 17971-17978
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.5b05254
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 半導体ナノ粒子の多励起子素過程と高速分光 (2018)
  • 著者名/発表者名: 玉井尚登
  • 学会等名: レーザー学会学術講演会第38回年次大会
  • 招待講演
• [学会発表] フェムト秒顕微過渡吸収測定法を用いた有機-無機ペロブスカイト結晶における非線形発光機構の解明 (2018)
  • 著者名/発表者名: 片山 哲郎・末永 晴信・玉井 尚登
  • 学会等名: 日本化学会第98回春期年会
• [学会発表] CdTe 量子ドット-フラーレンハイブリッド系のキャリア移動ダイナミクス (2018)
  • 著者名/発表者名: 郡捷太・木下賢・上本健太・奥畑智貴・片山哲郎・玉井尚登
  • 学会等名: 日本化学会第98回春期年会
• [学会発表] CsPbX3 ナノ結晶－白金ナノ粒子接合系のキャリア移動ダイナミクス (2018)
  • 著者名/発表者名: 助吉拓哉・奥畑智貴・片山哲郎・玉井尚登
  • 学会等名: 日本化学会第98回春期年会
• [学会発表] CdSe/CdSコア/シェル型量子ドットの励起子ダイナミクス－フェムト秒状態選択励起による研究－ (2017)
  • 著者名/発表者名: 野中康平・奥畑智貴・片山哲郎・王莉・玉井尚登
  • 学会等名: 日本化学会第９７春季年会
  • 発表場所: 慶応義塾大学日吉キャンパス（神奈川県，横浜市）
  • 年月日: 2017-03-16
• [学会発表] Exciton dynamics of semiconductor nanocrystals and multi-color optical switching of exciton luminescence (2017)
  • 著者名/発表者名: Naoto Tamai
  • 学会等名: 28th International Conference on Photochemistry (ICP2017)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Carrier Transfer and Energy Transfer Dynamics in Semiconductor Nanocrystals (2017)
  • 著者名/発表者名: Naoto Tamai
  • 学会等名: The 13th Korea-Japan Symposium on Frontier Photoscience-2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] CdSe/CdS コア/シェル型量子ドットの多励起子相互作用とホット電子緩和過程 (2017)
  • 著者名/発表者名: 野中康平・奥畑智貴・片山哲郎・王莉・玉井尚登
  • 学会等名: 2017年光化学討論会
• [学会発表] 空間位相変調器を導入した広視野フェムト秒顕微過渡吸収 測定手法の開発とぺロブスカイト系への応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 片山哲郎, 末永晴信, 奥畑智貴, 玉井尚登
  • 学会等名: 第11回分子科学討論会
• [学会発表] 量子閉じ込めの異なったぺロブスカイト型ナノ粒子系の合成とその励起子ダイナミクス (2017)
  • 著者名/発表者名: 末永晴信，助吉拓哉，奥畑智貴，片山哲郎，玉井尚登
  • 学会等名: 第11回分子科学討論会
• [学会発表] 全無機型ペロブスカイト-貴金属ナノ粒子接合系のキャリア移動ダイナミクス (2017)
  • 著者名/発表者名: 助吉拓哉，奥畑智貴，片山哲郎，玉井尚登
  • 学会等名: 第11回分子科学討論会
• [学会発表] 半導体ナノ粒子-メチルビオローゲン系における ホット電子移動ダイナミクス (2017)
  • 著者名/発表者名: 奥畑智貴，野中康平，片山哲郎，王莉，玉井尚登
  • 学会等名: 第11回分子科学討論会
• [学会発表] Biexcitonic spectral shift and quasi-type II carrier distribution in type I CdSe/CdS core/shell QDs (2017)
  • 著者名/発表者名: Li Wang, Kouhei Nonaka, Tomoki Okuhata, Naoto Tamai
  • 学会等名: 第11回分子科学討論会
• [学会発表] Ultrafast and Hot Carrier Transfer in Semiconductor Nanocrystals (2016)
  • 著者名/発表者名: Naoto Tamai
  • 学会等名: EMN meeting on Ultrafast 2016
  • 発表場所: Melbourne (Australia)
  • 年月日: 2016-10-10
  • 招待講演
• [学会発表] Coherent acoustic phonon vibration of hexagonal Pd nanosheets and Ag/Pd/Ag sandwich nanoplates (2016)
  • 著者名/発表者名: 王莉，坂口卓也, 奥畑智貴, 壷井基裕, 玉井尚登
  • 学会等名: 第10回分子科学討論会
  • 発表場所: 神戸ファッションマート（兵庫県，神戸市）
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] CdSe-Auハイブリッドナノ構造体のフェムト秒状態選択励起による電子移動ダイナミクス (2016)
  • 著者名/発表者名: 奥畑智貴，片山哲郎, 玉井尚登
  • 学会等名: 第10回分子科学討論会
  • 発表場所: 神戸ファッションマート（兵庫県，神戸市）
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] 量子井戸型CdSeナノプレートレットの電場効果 (2016)
  • 著者名/発表者名: 奥畑智貴, Awasthi Kamlesh, 太田信廣，玉井尚登
  • 学会等名: 第10回分子科学討論会
  • 発表場所: 神戸ファッションマート（兵庫県，神戸市）
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] CdSe/CdSコア-シェル量子ドットの合成とフェムト秒状態選択励起による励起子ダイナミクスの研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 野中康平，奥畑智貴, 片山哲郎, 王莉, 玉井尚登
  • 学会等名: 第10回分子科学討論会
  • 発表場所: 神戸ファッションマート（兵庫県，神戸市）
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] CdSe-Ptハイブリットナノ構造体の二段合成と電子移動ダイナミクスの研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 前田錦吾, 奥畑智貴, 片山哲郎, 玉井尚登
  • 学会等名: 第10回分子科学討論会
  • 発表場所: 神戸ファッションマート（兵庫県，神戸市）
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] CdSeナノ粒子の光物性に及ぼす光化学電子ドーピング効果 (2016)
  • 著者名/発表者名: 柿本直樹, 片山哲郎, 玉井尚登
  • 学会等名: 第10回分子科学討論会
  • 発表場所: 神戸ファッションマート（兵庫県，神戸市）
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] Photochemistry of noble metal and semiconductor nanoparticles － Elementary relaxation processes and carrier transfer (2016)
  • 著者名/発表者名: Naoto Tamai
  • 学会等名: 2016年光化学討論会
  • 発表場所: 東京大学駒場キャンパス（東京都，目黒区）
  • 年月日: 2016-09-06
  • 招待講演
• [学会発表] Coherent Acoustic Phonon Vibration of Pd and Ag/Pd/Ag Sandwich Nanoplates (2016)
  • 著者名/発表者名: L. Wang, T. Sagaguchi, T. Okuhata, M. Tsuboi, and N. Tamai
  • 学会等名: The 14th International Conference of Near-Field Optics, Nanophotonics and Related Techniques (NFO-14)
  • 発表場所: Act City Hamamatsu (静岡県，浜松市)
  • 年月日: 2016-09-04
  • 国際学会
• [学会発表] Multi-exciton Dynamics and Carrier Transfer in CdTe and CdSe Nanocrystals (2016)
  • 著者名/発表者名: Naoto Tamai
  • 学会等名: 13th International Conference on the Chemistry of Selenium and Tellurium
  • 発表場所: Nagaragawa Convention Center (岐阜県，岐阜市)
  • 年月日: 2016-05-23
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Femtosecond Spectroscopic Study on Exciton Dynamics and Carrier Transfer in CdSe/CdS Core-Shell Quantum Dots -Effect of Shell Thickness - (2016)
  • 著者名/発表者名: Kohei Nonaka, Tomoki Okuhata, Tetsuro Katayama, and Naoto Tamai
  • 学会等名: 13th International Conference on the Chemistry of Selenium and Tellurium
  • 発表場所: Nagaragawa Convention Center (岐阜県，岐阜市)
  • 年月日: 2016-05-23
  • 国際学会
• [学会発表] Luminescence Enhancement of Cadmium Selenide Nanocrystals by Photochemical Electronic Doping (2016)
  • 著者名/発表者名: Naoki Kakimoto, Tomoki Okuhata, Yuki Usui, Tetsuro Katayama, Naoto Tamai
  • 学会等名: 2016 IUPAC Photochemistry
  • 発表場所: Osaka City Central Public Hall (大阪府，大阪市)
  • 年月日: 2016-04-03
  • 国際学会
• [学会発表] コア-シェル型CdSe-CdS量子ドット-アクセプター系の電子移動ダイナミクスの研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 野中康平・奥畑智貴・片山哲郎・玉井尚登
  • 学会等名: 日本化学会第96春季年会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス (京都府・京田辺市)
  • 年月日: 2016-03-24
• [学会発表] 広視野フェムト秒顕微過渡吸収測定による有機無機ペロブスカイト微粒子の励起子ダイナミクス (2016)
  • 著者名/発表者名: 片山哲郎・末永晴信・奥畑智貴・玉井尚登
  • 学会等名: 日本化学会第96春季年会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス (京都府・京田辺市)
  • 年月日: 2016-03-24
• [学会発表] Ptナノ粒子接合CdSeナノプレートレットにおける電子移動ダイナミクスの励起波長依存性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 前田錦吾・奥畑智貴・片山哲郎・玉井尚登
  • 学会等名: 日本化学会第96春季年会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス (京都府・京田辺市)
  • 年月日: 2016-03-24
• [学会発表] 有機金属ハロゲン化物ペロブスカイト型量子ドットの合成と励起子ダイナミクス (2016)
  • 著者名/発表者名: 末永晴信・奥畑智貴・片山哲郎・玉井尚登
  • 学会等名: 日本化学会第96春季年会
  • 発表場所: 同志社大学京田辺キャンパス (京都府・京田辺市)
  • 年月日: 2016-03-24
• [学会発表] Carrier Dynamics of Trion in CdSe Nanocrystals by Photochemical Electronic Doping (2015)
  • 著者名/発表者名: N. Kakimoto, Y. Usui, T. Okuhata, N. Tamai
  • 学会等名: PACIFICHEM 2015
  • 発表場所: Honolulu (USA)
  • 年月日: 2015-12-14
  • 国際学会
• [学会発表] CdSeナノプレートレットのAuger再結合のサイズおよび温度依存性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 臼井 裕貴・奥畑 智貴・片山 哲郎・玉井 尚登
  • 学会等名: 第9回 分子科学討論会
  • 発表場所: 東京工業大学 大岡山キャンパス (東京都・目黒区)
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] CdSe-Auハイブリッドナノ構造体における電子移動素過程と量子閉じ込めの次元性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 奥畑 智貴・片山 哲郎・玉井 尚登
  • 学会等名: 第9回 分子科学討論会
  • 発表場所: 東京工業大学 大岡山キャンパス (東京都・目黒区)
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] ぺロブスカイト型量子ドットのSub-20fs分光法を用いた励起子ダイナミクス (2015)
  • 著者名/発表者名: 片山 哲郎・末永 晴信・奥畑 智貴・玉井 尚登
  • 学会等名: 第9回 分子科学討論会
  • 発表場所: 東京工業大学 大岡山キャンパス (東京都・目黒区)
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] Electron Transfer Process in CdSe NPLs-Acceptor Molecules Complexes (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Okuhata, N. Tamai
  • 学会等名: 2015年光化学討論会
  • 発表場所: 大阪市立大学 杉本キャンパス (大阪府・大阪市)
  • 年月日: 2015-09-09
• [学会発表] CdSe-Ptハイブリッドナノ構造体の電子移動ダイナミクス (2015)
  • 著者名/発表者名: 前田 錦吾・臼井 裕貴・奥畑 智貴・片山 哲郎・玉井 尚登
  • 学会等名: 2015年光化学討論会
  • 発表場所: 大阪市立大学 杉本キャンパス (大阪府・大阪市)
  • 年月日: 2015-09-09
• [学会発表] CdSeナノ粒子における荷電励起子の緩和ダイナミクス -光化学電子ドーピングとフェムト秒分光- (2015)
  • 著者名/発表者名: 柿本 直樹・奥畑 智貴・臼井 裕貴・片山 哲郎・玉井 尚登
  • 学会等名: 2015年光化学討論会
  • 発表場所: 大阪市立大学 杉本キャンパス (大阪府・大阪市)
  • 年月日: 2015-09-09
• [学会発表] フォトクロミック分子-半導体ナノ粒子における有機-無機ハイブリッドナノ粒子系構築に向けたSub20 fs過渡吸収スペクトル測定法によるフォトクロミック分子、半導体ナノ粒子の励起状態ダイナミクス (2015)
  • 著者名/発表者名: 片山哲郎・上本健太・木下賢・奥畑智貴・高木和也・横山泰・玉井尚登
  • 学会等名: 2015年光化学討論会
  • 発表場所: 大阪市立大学 杉本キャンパス (大阪府・大阪市)
  • 年月日: 2015-09-09
• [学会発表] Synthesis and Electron Transfer Dynamics of Pt Nanoparticle-attached CdSe Nanoplatelets (2015)
  • 著者名/発表者名: Kingo Maeda, Yuki Usui, Tomoki Okuhata, Naoto Tamai
  • 学会等名: 27th International Conference on Photochemistry
  • 発表場所: Jeju ( Korea)
  • 年月日: 2015-06-28
  • 国際学会
• [学会発表] Carrier Transfer Dynamics from CdSe NPLs to Acceptor Molecules (2015)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Okuhata, Naoto Tamai
  • 学会等名: 27th International Conference on Photochemistry
  • 発表場所: Jeju ( Korea)
  • 年月日: 2015-06-28
  • 国際学会
• [学会発表] Elementary Relaxation Processes and Coherent Acoustic Phonon Dynamics of Pd-Ag Core/Shell Plasmonic Nanoplates (2015)
  • 著者名/発表者名: Naoto Tamai, Takuya Sakaguchi, Li Wang, Motohiro Tsuboi
  • 学会等名: 27th International Conference on Photochemistry
  • 発表場所: Jeju ( Korea)
  • 年月日: 2015-06-28
  • 国際学会
• [学会発表] Hot and Ultrafast Carrier Transfer in Semiconductor-Metal Hybrid Nanostructures (2015)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Okuhata, Gabriel Sagarzazu, and Naoto Tamai
  • 学会等名: 20 Years of Quantum Dots at Los Alamos
  • 発表場所: New Mexico (USA )
  • 年月日: 2015-04-12
  • 国際学会
• [図書] 発光の事典ー基礎からイメージングまでー （5.4.1 エネルギー移動） (2015)
  • 著者名/発表者名: 編集：木下修一・太田信廣・永井健治・南不二雄 執筆者：玉井尚登
  • 総ページ数: 771
  • 出版者: 朝倉書店
• [図書] 発光の事典ー基礎からイメージングまでー （5.4.4 会合体） (2015)
  • 著者名/発表者名: 編集：木下修一・太田信廣・永井健治・南不二雄 執筆者：玉井尚登
  • 総ページ数: 771
  • 出版者: 朝倉書店
• [備考]
  • URL: http://sci-tech.ksc.kwansei.ac.jp/~tamai/new/index.html
• [備考] Tamai Laboratory
  • URL: http://sci-tech.ksc.kwansei.ac.jp/~tamai/new/index.html