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2022 Fiscal Year Annual Research Report

半導体量子ドットナノ秩序構造体の創成と新規光機能の解明

Research Project

Project/Area Number 20H02549
Research InstitutionOsaka Metropolitan University

Principal Investigator

金 大貴  大阪公立大学, 大学院工学研究科, 教授 (00295685)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 渋田 昌弘  大阪公立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (70596684)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords半導体量子ドット / ナノ秩序構造体 / フェムト秒超高速分光 / 水熱合成法 / Layer-by-Layer法
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、半導体量子ドット (QD) がナノスケールで秩序配列し高次構造体を形成することにより新たに発現する光機能を見出すとともに、その起源を超高速光励起ダイナミクスの視点から解明し、機能をさらに高度化する指針を得ることを目的としている。
前年度までに研究対象としたCdTe以外のQDを用いてQD秩序構造体を作製するとともに、その光物性と温度依存性を系統的に調べることにより、量子共鳴の次元制御方法の汎用性を検証した。水熱合成法によりCdSe、CdSe/ZnS、及びZnSe QDを合成し、Layer-by-layer (LBL) 法によりQDナノ秩序構造体を作製した。上記のQDを用いた場合も、LBL法に用いるQD溶液濃度とQD層間距離を制御することにより、QDナノ秩序構造体における面内および積層方向の距離を精密に制御できることを明らかにした。
新たに構築したフェムト秒過渡吸収分光システムにより、前年度までに抽出した計測最適化条件に基づいてQD秩序構造体の超高速光励起ダイナミクス計測を進めた。LBL法により作製したCdTeやCdSe QDに対して、基底状態ブリーチングと励起状態吸収のシグナルを検出し、その時間発展を100 fs以下の分解能で計測することに成功した。”集積化の効果”を明らかにするために、高分子フィルムに分散したQDについて同様の計測を行い比較した。その結果、LBL試料では励起状態吸収に由来する信号がフィルム分散試料よりも大幅に短寿命化していることが明らかとなった。これは、QD秩序構造体におけるミニバンドの形成によりQD間の電子移動が可能となることで、エネルギー緩和の確率が著しく増大したことに由来すると考えられる。これらの結果はQD秩序構造体において期待される高い電荷伝達特性の起源を解明する糸口となると考えられる。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (11 results)

All 2023 2022

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (8 results)

  • [Journal Article] Optical constants of multilayered colloidal ZnSe nanoparticles2023

    • Author(s)
      Y. Shim, D. Kino, and D. Kim
    • Journal Title

      Thin Solid Films

      Volume: 768 Pages: 139688 (5pages)

    • DOI

      10.1016/j.tsf.2023.139688

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Intrinsic luminescence-downshifting effects of Zn-based Mn-doped nanoparticle layers on Si Solar Cells2022

    • Author(s)
      Y. Idutsu, K. Awai, J. Liang, H. Nishimura, D. Kim, Y.-G. Shim, and N. Shigekawa
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 61 Pages: 062004 (6pages)

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ac5fc8

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Temperature-dependent photoluminescence properties of water-soluble CuInS2 and CuInS2/ZnS quantum dots2022

    • Author(s)
      K. Iida and D. Kim
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics

      Volume: 132 Pages: 194306 (9pages)

    • DOI

      10.1063/5.0105290

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Layer-by-layer法によるCdSe量子ドット超格子の作製と量子共鳴の観測2023

    • Author(s)
      楊震宇、米倉聖貴、金大貴
    • Organizer
      第70回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] ZnSとZnSeナノ粒子の混合積層膜作製と光学定数評価2023

    • Author(s)
      中谷開智、金大貴、沈用球
    • Organizer
      第70回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] 水熱合成法によるCdSeおよびCuドープCdSeナノ粒子の作製と光学特性2022

    • Author(s)
      岡本潤哉、渋田昌弘、金大貴
    • Organizer
      2022光化学討論会
  • [Presentation] CdTe 量子ドットクラスターの作製とミニバンド形成過程の観測2022

    • Author(s)
      永井優心、渋田昌弘、金大貴
    • Organizer
      第33回光物性研究会
  • [Presentation] CdSeナノ粒子超格子における量子共鳴の観測2022

    • Author(s)
      米倉聖貴、渋田昌弘、金大貴
    • Organizer
      第33回光物性研究会
  • [Presentation] CdSe量子ドットの3次光学非線形性2022

    • Author(s)
      市田正夫、松田修介、金大貴
    • Organizer
      第33回光物性研究会
  • [Presentation] CdSナノ粒子間のエネルギー移動の温度依存性2022

    • Author(s)
      志村邦夫、金大貴
    • Organizer
      第33回光物性研究会
  • [Presentation] 高繰返しフェムト秒時間分解分光システムの開発と光機能性量子ドット秩序集積薄膜の光励起ダイナミクス観測2022

    • Author(s)
      万竝亮、厚見洋明、金大貴、渋田昌弘
    • Organizer
      第33回光物性研究会

URL: 

Published: 2023-12-25  

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