カーボンナノチューブ複合系の励起子エネルギー移動と光物性制御

• Project Area: Carbon nanotube nanoelectronics
• Project/Area Number: 22016004
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 中村 新男 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (50159068)
• Project Period (FY): 2010 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000); Fiscal Year 2011: ¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2010: ¥1,600,000 (Direct Cost: ¥1,600,000)
• Keywords: ナノチューブ / フェムト秒分光 / 励起子 / 光物性 / 励起エネルギー移動 / フラーレンピーポッド

Research Abstract

1)分子修飾ナノチューブの作製と構造評価
電荷移動を起こすことが期待されるペンタセン、テトラセン分子を内包させたカーボンナノチューブを作製し、吸収スペクトル測定、ラマン分光、透過電子顕微鏡を用いて構造とエネルギー状態を評価した。昇華法を用いて、ペンタセン、またはテトラセン分子を単層ナノチューブに内包させることに成功した。ペンタセン内包ナノチューブの透過電子顕微鏡観察から、直径に依存して分子が1列または2列に配列して内包されることが明らかになった。吸収スペクトルにおいて、内包されたペンタセンまたはテトラセンの吸収がナノチューブの吸収に重畳して観測され、スペクトルの形状からこれらの分子はほぼ孤立して配列していることがわかった。
2)フェムト秒分光による励起子エネルギー移動過程の研究
テトラセン内包ナノチューブの発光スペクトルにはテトラセン分子による発光は観測されなかったことから、テトラセン分子からナノチューブへの強いエネルギー移動が示唆された。そこで、ポンプ・プローブ分光による過渡吸収スペクトルの測定からエネルギー移動レートの概算値を評価した。移動レートの値は～5×10^<11>s^<-1>であり、二層ナノチューブ間の移動レート(6.6×10~<12>s^<-1>)に比べて、約1桁低い値になることがわかった。芳香族炭化水素分子とナノチューブ間のエネルギー移動の知見が得られた。
3)半導体ナノチューブバンドルにおける励起子エネルギー移動過程の研究
全体の90%が半導体ナノチューブから成るバンドル試料の発光ダイナミクスを測定し、半導体ナノチューブ間のエネルギー移動レートを明らかにした。半導体、金属ナノチューブ混合系のバンドル試料から得られた移動レートをよく再現する結果が得られ、半導体ナノチューブ間のエネルギー移動レートが半導体-金属チューブ間のそれよりも高いことが確かめられた。

Research Products

• [Journal Article] Ultrafast luminescence kinetics of metallic single-walled carbon nanotubes : Possible evidence for excitonic luminescence (2012)
  • Author(s): T. Koyama, S. Shimizu, T. Saito, Y. Miyata, H. Shinohara, A. Nakamura
  • Journal Title: Phys. Rev Volume: 85 Issue: 4 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1103/physrevb.85.045428
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ultra fast energy transfer of one-dimensional excitons between carbon nanotubes : a femtosecond time-resolved luminescence study (2012)
  • Author(s): T. Koyama, Y. Miyata, K. Asaka, H. Shinohara, Y. Saito, A. Nakamur
  • Journal Title: Phys. Chem. Chem. Phys Volume: 14 Issue: 3 Pages: 1070-1084
  • DOI: 10.1039/c1cp22781e
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ultra fast exciton energy transfer between nanoscale coaxial cylinders : Intertube transfer and luminescence quenching in double-walled carbon nanotubes (2011)
  • Author(s): T. Koyama, Y. Asada, N. Hikosaka, Y. Miyata, H. Shinohara, A. Nakamura
  • Journal Title: ACS Nano Volume: 5(7) Issue: 7 Pages: 5881-5887
  • DOI: 10.1021/nn201661q
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ultrafast exciton energy transfer in bundles of single-walled carbon nanotubes (2011)
  • Author(s): T.Koyama
  • Journal Title: J.Phys.Chem.Lett. Volume: 2 Pages: 127-132
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Femtosecond luminescence decay due to exciton energy transfer in single-walled carbon nanotube bundles (2011)
  • Author(s): T.Koyama
  • Journal Title: J.Lumin. Volume: 131 Pages: 494-497
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Bright luminescence and exciton energy transfer in polymer-wrapped single-walled carbon nanotube bundles (2010)
  • Author(s): T.Koyama
  • Journal Title: J.Phys.Chem.Lett. Volume: 1 Pages: 3243-3248
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 正孔ドープされた(6,5)単層カーボンナノチューブのトリオンの緩和ダイナミクス (2012)
  • Author(s): 志水聖
  • Organizer: 第42回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学(東京都)
  • Year and Date: 2012-03-09
• [Presentation] 金属単層カーボンナノチューブの励起子状態からの発光 (2012)
  • Author(s): 志水聖
  • Organizer: 第42回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学(東京都)
  • Year and Date: 2012-03-06
• [Presentation] Femtosecond exciton energy transfer between inner and outer nanotubes in double-walled carbon nanotubes (2011)
  • Author(s): T.Koyama
  • Organizer: 第16回固体のルミネセンスと分光に関する国際会議
  • Place of Presentation: ミシガン大学(アメリカ)
  • Year and Date: 2011-09-27
• [Presentation] (6,4)チューブの励起子間相互作用と励起子サイズ (2011)
  • Author(s): 小山剛史
  • Organizer: 2011年日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学(富山県)
  • Year and Date: 2011-09-21
• [Presentation] キャリアドープされた半導体ナノチューブの発光ダイナミクス (2011)
  • Author(s): 志水聖
  • Organizer: 2011年日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学(富山県)
  • Year and Date: 2011-09-21
• [Presentation] 金属カーボンナノチューブの励起子による発光 (2011)
  • Author(s): 志水聖
  • Organizer: 2011年日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学(富山県)
  • Year and Date: 2011-09-21
• [Presentation] 高密度励起カーボンナノチューブのE22,E33励起子ダイナミクス (2011)
  • Author(s): 吉満翔平
  • Organizer: 2011年日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 富山大学(富山県)
  • Year and Date: 2011-09-21
• [Presentation] Photoluminescence due to exciton recombination in metallic single-walled carbon nanotubes (2011)
  • Author(s): A.Nakamura
  • Organizer: ナノチューブの科学と応用に関する国際会議
  • Place of Presentation: ケンブリッジ大学(イギリス)
  • Year and Date: 2011-07-12
• [Presentation] Energy transfer of one-dimensional excitons between polyfluorene-wrapped single-walled carbon nanotubes (2011)
  • Author(s): A.Nakamura
  • Organizer: 第16回固体のルミネセンスと分光に関する国際会議
  • Place of Presentation: ミシガン大学(アメリカ)
  • Year and Date: 2011-06-27
• [Presentation] 二層カーボンナノチューブから抜き出した微小径単層カーボンナノチューブの励起子間相互作用 (2011)
  • Author(s): 小山剛史
  • Organizer: 第40回フラーレン・ナノチューブ総合シンポジウム
  • Place of Presentation: 名城大学(愛知県)
  • Year and Date: 2011-03-28
• [Presentation] (6,4)チューブの励起子間相互作用と非線形光学応答 (2011)
  • Author(s): 小山剛史
  • Organizer: 第66回日本物理学会年次大会
  • Place of Presentation: 日本物理学会講演概要集
  • Year and Date: 2011-03-03
• [Presentation] 単層カーボンナノチューブバンドルの超高速励起子エネルギー移動 (2010)
  • Author(s): 小山剛史
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 大阪府立大学(大阪府)
  • Year and Date: 2010-09-24
• [Presentation] PFOラップされた単層カーボンナノチューブペーパーにおける励起子エネルギー移動 (2010)
  • Author(s): 小山剛史
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 大阪府立大学(大阪府)
  • Year and Date: 2010-09-24
• [Presentation] 半導体カーボンナノチューブのE_<22>励起子発光の観測 (2010)
  • Author(s): 志水聖
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 大阪府立大学(大阪府)
  • Year and Date: 2010-09-24
• [Presentation] 二層カーボンナノチューブにおける3次非線形感受率の増大 (2010)
  • Author(s): 中村新男
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
  • Place of Presentation: 大阪府立大学(大阪府)
  • Year and Date: 2010-09-23
• [Presentation] 二層カーボンナノチューブにおける内層発光の失活:フェムト秒領域の実時間観測 (2010)
  • Author(s): 小山剛史
  • Organizer: 第39回フラーレン・ナノチューブ総合シンポジウム
  • Place of Presentation: 京都大学(京都府)
  • Year and Date: 2010-09-07
• [Presentation] Exciton energy transfer between single-walled carbon nanotubes in femtosecond regime (2010)
  • Author(s): T.Koyama
  • Organizer: 30^<th> International Conference on the Physics of Semiconductors
  • Place of Presentation: Seoul, Korea
  • Year and Date: 2010-07-27
• [Presentation] Femtosecond luminescence decay due to exciton energy transfer in single-walled carbon nanotube bundles (2010)
  • Author(s): T.Koyama
  • Organizer: 17^<th> International Conference on Dynamical Processes in Excited State of Solids
  • Place of Presentation: Argonne, USA
  • Year and Date: 2010-06-25
• [Presentation] Ultrafast nonlinear optical response of metallic single-walled carbon nanotubes (2010)
  • Author(s): A.Nakamura
  • Organizer: 17^<th> International Conference on Dynamical Processes in Excited State of Solids
  • Place of Presentation: Argonne, USA
  • Year and Date: 2010-06-22
• [Remarks]
  • URL: http://www-nano.nuap.nagoya-u.ac.jp/homepage_before201204/index.html
• [Remarks]
  • URL: http://www-nano.nuap.nagoya-u.ac.jp/