2022 Fiscal Year Annual Research Report
単層カーボンナノチューブにおける励起子エンジニアリング
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20H02558
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
加藤 雄一郎 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 主任研究員 (60451788)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ナノ物性 / 光物性 / ナノカーボン物理 / 二次元材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2022年度は、引き続き有機分子を利用した励起子ポテンシャルの形成による緩和過程の制御と微小共振器を利用した量子電気力学効果による発光緩和の制御に取り組んだほか、二次元材料とのヘテロ構造を用いた励起手法を実証し、また、電界効果素子による励起子生成手法の開発にも着手した。
有機分子を利用した励起子ポテンシャルの形成については、ヨードベンゼンの蒸気を用いた光化学反応により、合成直後の清浄な架橋カーボンナノチューブを分子修飾する手法を開発した。この手法により、従来の溶液中での反応が困難であった架橋カーボンナノチューブに有機発光中心を導入することが可能となった。
微小共振器による量子電気力学効果を利用した発光緩和の制御では、架橋カーボンナノチューブの明るい励起子について、発光量子効率を求めることに成功した。発光量子効率は励起子の発光緩和と非発光緩和の割合で決まるため、発光緩和を選択的に増強するフォトニック結晶微小共振器と結合し、時間領域とスペクトル領域双方において発光増強量を測定することで発光量子効率が100%に近いことを明らかにした。
二次元材料とのヘテロ構造については、本研究で開発したアントラセン媒介転写法により架橋カーボンナノチューブとセレン化タングステンの異次元ヘテロ構造を作製して調査した。フォトルミネッセンス測定や励起分光により励起子移動が起きていることを明らかにし、さらに、系統的にカーボンナノチューブのバンドエネルギーを変化させたヘテロ構造を調査したところ、バンドエネルギーの不連続性と相対的な配置が判明したほか、バンドエネルギーが一致した際には共鳴的に励起子移動が起きることを見出した。
電界効果素子による励起子生成手法の開発では、分割ゲートを有するデバイスを作製し、励起子をゲート電圧のみによって生成する手法の検証実験に着手した。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 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。
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Research Products
(29 results)
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[Journal Article] Resonant exciton transfer in mixed-dimensional heterostructures for overcoming dimensional restrictions in optical processes2023
Author(s)
N. Fang, Y. R. Chang, D. Yamashita, S. Fujii, M. Maruyama, Y. Gao, C. F. Fong, K. Otsuka, K. Nagashio, S. Okada, Y. K. Kato
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Journal Title
Nature Commun.
Volume: 14
Pages: 8152
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Fabricating one-dimensional van der Waals heterostructures on chirality-sorted single-walled carbon nanotubes2022
Author(s)
R. Zhang, Y. Feng, H. Li, A. Kumamoto, S. Wang, Y. Zheng, W. Dai, N. Fang, M. Liu, T. Tanaka, Y. K. Kato, H. Kataura, Y. Ikuhara, S. Maruyama, R. Xiang
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Journal Title
Carbon
Volume: 199
Pages: 407
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Presentation] Resonant exciton transfer in mixed-dimensional heterostructures for overcoming dimensional restrictions in optical processes2024
Author(s)
N. Fang, Y. R. Chang, D. Yamashita, S. Fujii, M. Maruyama, Y. Gao, C. F. Fong, K. Otsuka, K. Nagashio, S. Okada, Y. K. Kato
Organizer
The 66th Fullerenes-Nanotubes-Graphene General Symposium
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[Presentation] Formation of organic color centers in air-suspended carbon nanotubes using vapor-phase reaction2022
Author(s)
D. Kozawa, X. Wu, A. Ishii, J. Fortner, K. Otsuka, R. Xiang, T. Inoue, S. Maruyama, Y. Wang, Y. K. Kato
Organizer
JSAP-Optica Joint Symposia, the 83rd JSAP Autumn Meeting 2022
Int'l Joint Research / Invited
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