| Project/Area Number |
19K03690
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
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| Research Institution | Sophia University |
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Principal Investigator |
欅田 英之 上智大学, 理工学部, 准教授 (50296886)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2020: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | 二酸化チタン / ポンプ・プローブ分光 / ポンプ・プローブ測定 / 光触媒 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、光触媒材料のほとんどを占める二酸化チタンの光励起キャリアの挙動を明らかにする。
二酸化チタンが光触媒として優れている理由や、その光触媒活性が結晶構造によって異なる原因について、これまで数多くの研究がなされてきた。しかし、いまだ明快な説明はされていない。
本研究では、従来の化学反応に焦点を当てた研究とは異なる「光物性」的な見方、すなわち結晶構造によって光励起キャリアのふるまいが異なる点に着目する。幅広い時間レンジでポンプ・プローブ測定を行い、同時に時間分解発光を行うことで光励起キャリアの再結合やトラップ過程を明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、光触媒材料として普及している二酸化チタンの光励起キャリアの挙動を解明することにある。 従来の「化学的」研究では考慮されてこなかった、「光物性」的な見方、すなわちアナターゼ構造のみ励起子の自己束縛化が起きるといった、光励起キャリアのふるまいの違いに着目する。ポンプ・プローブ測定で得られる結果に対して化学的手法を用いてトラップ正孔とそれ以外の信号を分離し、光物性の観点から、低温下での測定や時間分解発光を行う。さらに、光物性の重要な課題である励起子の自己束縛過程を明らかにする。
我々はこれまでフェムト秒パルスによる紫外ポンプ・白色プローブ測定系を用いて、アナターゼ及びルチル二酸化チタンの光励起キャリアのふるまいを観測してきた。しかしながら、より長時間領域での報告と異なる結果が得られており、同一試料で幅広い時間領域の測定が必要となっていた。 2019年度はこれまでより長い時間領域におけるポンプ・プローブ測定系の構築を行ったが、測定できる波長範囲が可視領域に限られていた。そのめ、検出できるキャリアはアナターゼ薄膜におけるトラップ正孔のみであった。
そこで、2020年度はこの時間領域における測定可能な波長範囲を近赤外まで広げるために、別の光源を用いてポンプ・プローブ信号の評価を行った。しかし光源の強度揺らぎや遅延時間の揺らぎが大きく、この手法における信号測定には至らなかった。
以上のような経緯で2021年度から白色光源の強度揺らぎや遅延時間揺らぎの影響を受けない測定手法の開発を行ってきたが、2022年度になってサブマイクロ秒領域での測定にようやく成功した。ただし、測定結果にばらつきが大きい。そこで、2023年度は安定した測定を行えるよう改良を継続して行っている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
概要で述べたように2022年度になってサブマイクロ秒領域での測定に成功したが、測定結果にばらつきが大きい。そのため二酸化チタン薄膜の環境依存性といった系統的な測定のために装置の改良を継続している状態である。
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| Strategy for Future Research Activity |
現状では装置がやや不安定なため、この研究の成果は学会で一件の発表をしたのみである。ただし、昨年度も述べたように申請者の知る限りでは今回の研究で開発した手法は新規のものであるので、外部へ発表する意義は十分にある。測定結果のばらつきを抑える改善方法はいくつかあるため、それらを進めてある程度の改善が見られたら外部発表を行う準備を進める。改良が十分に成功した場合には、当初の目的通り、二酸化チタン試料のキャリアダイナミクスの系統的な測定を行う。
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