2021 Fiscal Year Annual Research Report
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20H02573
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan University |
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Principal Investigator |
柳 和宏 東京都立大学, 理学研究科, 教授 (30415757)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
蓬田 陽平 東京都立大学, 理学研究科, 助教 (90647158)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ナノチューブ / キラリティ / カイラル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
単層カーボンナノチューブ（SWCNT）や二硫化タングステンナノチューブ(WS2-NT)といったカイラル構造を有するナノチューブ物質群においては、キラリティ性をもつカイラル構造を反映して、非相反伝導・特殊な円偏光応答・バルク光電変換といった、特異な物性が見出されることが期待される。本研究では、SWCNTでは、エナンチオマー分離し、ある片方のカイラル構造を持つ鏡像異性体を多く含んだSWCNT試料を精製し、それが一方向に配列した配列薄膜を創出し、そのキラリティ性を反映した新奇物性の探索をバルク薄膜で行う。また、WS2-NTに代表される遷移金属カルコゲナイドナノチューブ（TMDC-NT）においては、そのカイラル構造と物性との関係を明らかにする為に、合成・精製技術開発を更に発展させ、ナノチューブ物質群におけるキラリティと物性との関係を実験的に解き明かす。2022年度は、コロナの社会情勢の中、研究活動が制限される中、以下の研究を進めた。【円二色性評価技術開発】キャリア注入時における円二色性を評価する測定技術開発の為、市販の円二色性分散計に、電流端子・不活性ガス導入の装置開発を行い、電気化学測定を組み合わせた円偏光二色性の測定を実現した。ラセミ体およびランダム薄膜系において、イオンゲルを積層した系で、屈折率や線形吸収の異方性に由来する誤ったＣＤ信号が出ない条件を確認し、(6,5)および(11,-5)薄膜において、キャリア注入によるＣＤスペクトルの変化を解き明かした。【試料作製技術開発】PEGを用いた小直径WS2-NTの合成および、基板成長単結晶WO3ナノワイヤーからのWS2-NTの合成に成功した。WS2およびMoS2ナノチューブのヘテロ合成が可能である予備実験結果を得た。
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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
電気化学的キャリア注入法と円偏光二色性測定を組み合わせた測定技術を確立し、エナンチオマー分離を行った試料の、円偏光二色性のキャリア注入依存性を解き明かした。また、試料作製技術においては、(6,5)および(11,-5)の分離精製や、一方向の配列した薄膜作製を達成し、(9,4)および(10,3)カイラルSWCNTの分離精製を進めた。無機ナノチューブの合成において、単結晶酸化ナノワイヤーからの高品質ナノチューブの合成や、ヘテロ合成に成功した。当初の計画に沿って、円偏光二色性のキャリア注入依存性を解き明かすことができていることは、本研究の実績の一つである。一方、コロナの社会情勢の中、研究活動が制限され、一方向に配列した片巻のナノチューブ薄膜に対しての円偏光光伝導測定を実施することができなかった。以上なことから、おおむね順調に進展している評価としている。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度に引き続き、薄膜試料の円偏光特性の評価技術開発と試料作製技術開発、および、一方向に配列した片方のキラリティのナノチューブ薄膜において円偏光に対する光伝導特性の評価に向けた実験を進める。
【円二色性評価技術開発】キャリア注入時における円二色性を評価する測定技術を確立しており、(6,5)および(11,-5)薄膜において、キャリア注入によるＣＤスペクトルの変化を解き明かした。Intersubband plasmonに由来する吸収を見出す為には、第二ファンホーブ特異点までキャリア注入をする必要があり、今年度は(9,4)や(10,3)といった直径がなるべく太い試料に対してキャリア注入実験を進める。
【試料作製技術開発】単層カーボンナノチューブ（SWCNT）については、昨年度から継続し、エナンチオマー分離および一方向の配列した薄膜作製を進める。遷移金属ダイカルコゲナイドナノチューブ(TMDC-NT)については、高品質な無機ナノチューブ合成に向けて、基盤上の合成で得られる単結晶無機ナノワイヤーを鋳型として用いたナノチューブ合成を進める。さらには、得られた試料をの光学活性度の評価、一方向に配列させた薄膜実現の為、配列薄膜作製技術開発も進める。
【円偏光光伝導・非線形測定】昨年度、コロナの社会情勢の為、研究活動に制約があり、一方向に配列した片方のキラリティのナノチューブ薄膜における、円偏光光伝導測定に円偏光光伝導測定に必要となる光学系の開発を進められなかった。今年度は、実験系の確立と、実際に薄膜に照射し、光伝導を検出する。また、非線形現象を通して、右回り・左回り円偏光への応答の違いを増幅させ、スペクトルであらわな違いとして検出することが可能かどうか実験的に検証を行う。高強度中赤外パルスレーザーによる極端非線形現象において、キラリティに由来する高次高調波スペクトルの違いを検証する。
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