Creation of nano-ordered structures of semiconductor quantum dots and elucidation of novel optical functions

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H02549
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 28010:Nanometer-scale chemistry-related
• Research Institution: Osaka Metropolitan University (2022); Osaka City University (2020-2021)
• Principal Investigator: Kim DaeGwi 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 Final Research Achievements

We have fabricated quantum dot superlattices (QDSLs) with precisely controlled in-plane and stacking distances by a layer-by-layer method using hydrothermally synthesized QDs and demonstrated that the dimension of quantum resonance can be controlled. Systematic investigation of the temperature dependence of absorption and photoluminescence (PL) spectra, as well as PL decay profiles, enabled us to propose a new PL model based on the miniband formation in the QDSLs. Furthermore, a femtosecond transient absorption spectroscopy system revealed that the signal originating from excited-state absorption is much shorter in QDSLs than in QD-dispersed samples. This provides a clue to the origin of the high charge-transfer properties expected in QDSLs.

Free Research Field

ナノ材料工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究の成果は、ナノスケール物質間の相互作用を積極的に利用・制御し、新たな物質機能を得る道筋を探求するものであり、対象とするQD秩序構造体の新規光機能を利用した新しい光デバイスや光学材料などの創出はもとより、ナノスケール物質単位を空間制御して配列することの難しさから、これまで機能設計に「秩序性」の概念を積極的に取り入れてこなかった分野 (例えば金属ナノ粒子を利用したプラズモニックデバイスや光触媒など) に新たな学術の視点を吹き込むことにより、1~数nmを機能単位としたナノスケール物質科学のブレークスルーを生み出すものである。