光ナノプローブによる単一カーボンナノチューブの光物性の探索と量子光デバイス応用

• Project/Area Number: 17684012
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Condensed matter physics I
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 松田 一成 Kyoto University, 化学研究所, 准教授 (40311435)
• Project Period (FY): 2005 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥25,870,000 (Direct Cost: ¥19,900,000、Indirect Cost: ¥5,970,000); Fiscal Year 2007: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2006: ¥9,100,000 (Direct Cost: ¥7,000,000、Indirect Cost: ¥2,100,000); Fiscal Year 2005: ¥12,740,000 (Direct Cost: ¥9,800,000、Indirect Cost: ¥2,940,000)
• Keywords: カーボンナノチューブ / 励起子 / 発光ダイナミクス / 均一幅

Research Abstract

単層カーボンナノチューブは、理想的な1次元構造を有しその光学応答(光物性)に興味が持たれ現在盛んに研究がなされている。しかしながら、その直径や螺旋度によって電子状態や光物性は個々のナノチューブによって著しく異なり、マクロな光学測定だけからでは十分な情報を得ることができない。そのため、光物性の解明には一本のナノチューブでの分光測定などの高い技術が要求される。そこで本研究では、単一カーボンナノチューブ分光をツールとして、カーボンナノチューブの新しい光物性・機能性の発現などを探ることを目的とした。
まず、低温での単一ナノチューブからの発光スペクトルを詳細に調べたところ、一本のナノチューブにも関わらず、ダブルピークを示すものとシングルピークの発光スペクトルが観測された。ダブルピークのスペクトルは、時間とともにエネルギーなどがゆらぐスペクトル拡散現象を示している。このスペクトル拡散について、シュタルク効果を考慮した解析によって、その振る舞いを説明できることがわかった。つまり、このようなナノチューブでは1次元励起子状態と局所電場によって局在した0次元的な状態が混在していることが明らかとなった。さらに、超短パルスレーザー光を利用してナノチューブを強励起した際に起こる、励起子多体効果について調べた。その結果、1本のナノチューブに2つ以上の励起子が生成されると励起子間でオージェ過程が非常に高い効率で起こることがわかった。このオージェ過程は数psの時間オーダーであり、励起子の位相緩和時間に影響を及ぼすことが明らかとなった。

Research Products

• [Journal Article] Exciton dephasing and multiexciton recombinations in a single carbon nanotube (2008)
  • Author(s): Kazunari Matsuda, et. al.,
  • Journal Title: Physical Review B 77
  • NAID: 120001682385
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] カーボンナノチューブにおける発光現象と電子状態 (2007)
  • Author(s): 松田一成
  • Journal Title: マテリアルステージ 7 Pages: 29-32
• [Journal Article] Exciton localization of single-walled carbon nanotubes revealed by femtosecond excitation correlation spectroscopy (2006)
  • Author(s): H.Hirori, K.Matsuda, et al.
  • Journal Title: Physical Review Letters 97
  • NAID: 120001682390
• [Journal Article] Diameter dependence of exciton-phonon interaction in individual single-walled carbon nanotubes studied by microphotoluminescence spectroscopy (2006)
  • Author(s): T.Inoue, K.Matsuda, et al.
  • Journal Title: Physical Review B 73
  • NAID: 120001682391
• [Journal Article] 磁場環境下で動作する低温近接場光学顕微鏡の開発 (2006)
  • Author(s): 酒井優 他
  • Journal Title: 真空 49・11 Pages: 15-18
• [Journal Article] 単一分子分光によるカーボンナノチューブの光物性 (2006)
  • Author(s): 松田一成
  • Journal Title: 光技術コンタクト 44・3 Pages: 17-22
• [Journal Article] 単一カーボンナノチューブの発光イメージング・分光 (2005)
  • Author(s): 松田一成, 丸山茂夫
  • Journal Title: 顕微鏡 40・2 Pages: 91-95
• [Presentation] Exciton-phonon and exciton-exciton interactions studied by micro-photolumine scence spectroscopy of individual single-walled carbon nanotubes (2007)
  • Author(s): K. Matsuda, et. al.
  • Organizer: 2nd Workshop on Nanotube Optics & Nanospectro scopy WONTON'07
  • Place of Presentation: Ottawa, Canada
• [Remarks]
  • URL: http://www.kuicr.kyoto-u.ac.jp/a_topics/topics_080229.html