カーボンナノチューブのオンデマンド操作手法の開発と光量子素子応用
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19J00894
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 28020:Nanostructural physics-related
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| Research Institution | The University of Tokyo (2020)
Institute of Physical and Chemical Research (2019) |
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Principal Investigator |
大塚 慶吾 東京大学, 工学系研究科, 助教
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | カーボンナノチューブ / マイクロ・ナノデバイス / ナノ構造物性 / 光物性 / ナノ材料操作 / フォトニック結晶 / ファンデルワールスヘテロ構造 |
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| Outline of Research at the Start |
情報通信は現代社会を支える重要な技術で、その媒体は電気信号から光信号へ置き換えられつつある。近年ではチップ間、チップ内の短距離の情報通信・処理を光で行う試みもあり、ナノフォトニクス技術と親和性の高い超小型光源が要求される。カーボンナノチューブは通信波長帯で発光するナノ材料であり、特殊な母材からの結晶成長を必要としないため、シリコンフォトニクスとの融合が可能である。しかし、極端に細長い構造を持つため、本数や位置、向きの緻密な制御の必要性、表面を清浄に保つ必要性が生じる。本研究では、１本ずつのカーボンナノチューブをオンデマンドに転写する手法を開発し、発光素子や光回路の試作を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
2020年度は、採用辞退までの4か月間のうちのほとんどの期間が在宅勤務を余儀なくされたため、前年度までに取得した実験データの解析と理論解析による材料転写機構の考察のほか、狙ったCNTカーボンナノチューブ微小共振器に結合させる実験に絞って研究を行い、これまでの成果を論文にまとめた。
転写を媒介する分子結晶とカーボンナノチューブ間の相互作用について実験および分子動力学シミュレーションの両面から議論を行い、強い相互作用を持つナノチューブの原子構造の傾向を得ることができ、収率の向上へのヒントを得ることができた。
また、特定の波長に鋭い共振モードを持つフォトニック結晶光共振器とCNTを決定論的に結合させ、高効率で挟線幅の発光デバイス作製のデモンストレーションを行った。フォトニック結晶光共振器を用いることで物質からの光子の自然放出レートを増大させることができる（パーセル効果）一方で、そのような増強が得られる領域は空間的にもスペクトル的にも非常に小さい。つまり、CNTと光共振器の高効率な結合を達成するためには、原子レベルで構造が適合したCNTを1 μm以下の位置精度でする必要が生じる。研究室内の共同研究者の協力のもと、微小光共振器を作製し、それによる電場増強を最大化しつつナノチューブ内励起子の非発光再結合を抑制するナノスペーサーとして六方晶窒化ホウ素の複合構造を用意し、その構造に対して適合するナノチューブを転写した。実際に空間的・スペクトル的に高い精度で結合することが確認でき、原子レベルで定義された材料を自在に操り、多彩なナノ構造体と組み合わせて光デバイスを作製可能であることを示すことに成功した。
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| Research Progress Status |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(21 results)
