2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of surface plasmon chromics based on oxide semiconductors
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18H01468
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
松井 裕章 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (80397752)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
池羽田 晶文 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 食品研究部門, ユニット長 (40342745)
J・J Delaunay 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (80376516)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 酸化物半導体 / ナノ粒子 / 赤外領域 / 表面プラズモン / 反射遮熱 / 近接場 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
外場制御の最初のステップとして、フォトドーピングを実施した。ITOナノ粒子へのフォトドーピングは、ナノ粒子と溶媒間の電荷移動に基づく。紫外線（UV）照射に伴い、伝導帯と価電子帯に電子とホールが生成され、伝導帯に電子が高濃度に蓄積し、表面プラズモンが発現する。この手法はナノ粒子内全体に電子キャリアを注入すること可能であり、表面プラズモン励起の電子キャリア制御のダイナミクスを評価できる。紫外線照射は半導体レーザー（波長351 nm）を用いて行った。ナノ粒子内の電子密度は、Mie理論を用いて同定した。ホールキャリアの電荷移動に適する溶媒として、OH基を持つEtOH （MeOH）を用いた。ナノ粒子溶液を不活性雰囲気下で光学ホルダーに注入し、その後、一定時間の紫外線照射を行った。紫外線照射に伴い徐々に近赤外域で表面プラズモン共鳴吸収に関するピークが増大した。これは紫外線照射に伴い、価電子帯から伝導帯にキャリア励起され、価電子帯に生成された正孔キャリアがEtOHに電荷捕捉され、伝導帯に電子キャリアが蓄積された結果である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2019年度末までに酸化物半導体ナノ粒子（Sn-doped In2O3: ITO）内への電子濃度制御と金属伝導性の発現を実施した。更に、ITOナノ粒子薄膜の赤外光学特性の実験的及び理論的考察を行った。2020年度において、ITOナノ粒子薄膜における光学特性の動的制御に向けて、光ドーピングによる赤外表面プラズモンの外場制御を目指した。紫外線照射に伴いITOナノ粒子薄膜の透過率が減少することを見出し、表面プラズモン共鳴の外場制御に成功した。これらの知見を受けて、電気化学的な手法を用いて表面プラズモン制御への応用展開に発展させていく。故に、本課題の研究内容は順調に進展していると判断される。
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| Strategy for Future Research Activity |
電気化学的な静電場誘起による電子ドーピングに向けて、粒子表面の電荷分布状態の考察を行う。そして、表面プラズモン共鳴の外場制御を実施し、ナノ粒子表上の電荷蓄積について検討する。上記におけるナノ粒子の表面プラズモン励起の外場制御に向けて透過型プラズモンクロミックセルを作製する。作用電極層, 酸化物半導体ナノ粒子膜（プラズモンクロミック層）、電解質層、及び透明対極電極から構成される多層膜構造を準備する。電解質は、非腐食性の非プロトン系電解質（LiClO4）を用い、高いクロミック性能（CE）を目指した。特に、ナノ粒子薄膜は、固液界面の表面積を増大させ、粒子表面に高い電荷蓄積量を目指す。故に、ナノポーラス構造を持つナノ粒子薄膜を形成し、ラザフォード後方散乱測定から膜密度は約60%程度である。現状として、ITOナノ粒子薄膜における透過スペクトルの電場制御から、印加電圧0Vにおいては近赤外光のすべてを透過した。一方、印加電圧の増大に対して、近赤外域の透過率が徐々に減少することを確認している。
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Research Products
(7 results)
