2022 Fiscal Year Annual Research Report
Pressure-induced fabrication of 3D quantum dot superlattices and development of novel optical functions based on interdot cooperative phenomenon
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20K05256
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
濱中 泰 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20280703)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
葛谷 俊博 室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 准教授 (00424945)
武田 圭生 室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 准教授 (70352060)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 量子ドット / 超格子 / ミニバンド / 励起移動 / ドット間相互作用 / 量子共鳴 / 超蛍光 / 協力現象 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
量子ドットが３次元規則配列した量子ドット超格子には、特異な電気/光学特性が発現することが予測されている。量子ドットを精密に配列させる新規な方法を開発して量子ドット間の協力的相互作用の特徴を解明し、新しい光機能を開拓することを目指した。量子ドット超格子の作製法として、自己組織化法、ディップコート法、高圧印加法を試みた。以下、各方法について個別に述べる。
自己組織化法については、立方体形状の量子ドットを対象にした。CsPbI3量子ドットを合成し、サイズを揃えた後に有機溶媒に分散させ、基板上でゆっくりと溶媒を蒸発させた。低湿度環境下では、10マイクロメータ以上のサイズの平板状の集積体が得られた。集積体は一辺15 nmの量子ドットが単純立方格子状に配列した超格子構造をとっていた。個々の量子ドット超格子は、孤立ドットとは異なる長波長発光ピークを示すこと、その発光寿命2～4 nsで2 ns以下の孤立ドットよりも長いこと、励起強度依存性が異なることがわかった。これらの特徴から、各ドットの波動関数が結合したミニバンドが形成されていると結論した。
ディップコート法は、CdSe量子ドットとCuInS2量子ドットの超格子に採用した。量子ドット薄膜の小角X線散乱測定により、面心立方格子状にドットが配列した超格子ドメインが無秩序配向していると推定した。時間分解発光スペクトル測定により、量子ドット間の励起エネルギー移動と励起キャリア移動が起きることを確かめた。
ダイヤモンドアンビルセルを使い、CdSeもしくはCuInS2量子ドットの凝集体に静水圧を印加してドット間距離を収縮させ、分光学的に評価した。CuInS2量子ドット凝集体で、ドット間の結合の強化を示唆する発光波長の特異なドット間距離依存性を見出した。一方、CdSe量子ドット凝集体では、ドット同士が近づいたときに発光強度の顕著な増強が見られた。
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