2021 Fiscal Year Annual Research Report
高感度光電流コヒーレント分光法の開発と半導体ナノ粒子の非線形電流制御
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20K14385
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
田原 弘量 京都大学, 白眉センター, 特定准教授 (20765276)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 光物性 / エキシトン / ナノ粒子 / 量子ドット / 光電流 / 光電変換 / コヒーレント制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
半導体ナノ粒子は太陽電池や発光ダイオードなどの光電デバイスへの応用が期待されている材料であり、基礎的な物性挙動の理解が望まれている。本研究では、半導体ナノ粒子のエキシトン複合体と光電流生成過程の解明を目的として、高感度の光電流コヒーレント分光法を開発することで、量子コヒーレンスの観点から電流生成メカニズムの研究を行った。本年は、半導体ナノ粒子同士を結合させたナノ粒子結合薄膜における光電流コヒーレント応答を調べた。ナノ粒子同士の距離を近接させることでナノ粒子間の相互作用が強まると期待されるが、コヒーレント応答への影響は明らかになっていなかった。このナノ粒子間結合による効果を明らかにするために、ナノ粒子の表面を覆っている有機分子を短鎖分子に置換して基板上に製膜することでナノ粒子結合薄膜を作製した。この試料に対して光電流コヒーレント分光を行い、ダイポール振動の振動形状を直接的に計測した。その結果、強励起条件において高調波コヒーレンスによる信号が顕著に観測されることが分かった。信号変化の起源を明らかにするために過渡吸収分光を行った。ナノ粒子に生成されたエキシトンの個数を正確に決定し、マルチエキシトンが高調波コヒーレンスの起源であることを明らかにした。コヒーレント信号の振幅について、結合ナノ粒子と非結合ナノ粒子を比較すると、結合ナノ粒子では高調波コヒーレンスによる信号振幅が大幅に増大していることを発見した。この増大現象は、ナノ粒子同士を結合させることで生まれる量子協力効果によるものであることを明らかにした。これらの成果は、ナノ粒子の光電変換過程において光電流信号を増大させるポテンシャルを示しており、赤外光センサーなどの光電デバイスの性能向上につながる重要な成果である。本成果は、学術論文として発表し、学会発表およびプレスリリースを行った。
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Research Products
(5 results)
