2020 Fiscal Year Research-status Report
半導体微小共振器における光－物質混成励起状態の時空間ダイナミクスの解明と制御
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20KK0088
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| Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
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Principal Investigator |
山下 兼一 京都工芸繊維大学, 電気電子工学系, 教授 (00346115)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高橋 駿 京都工芸繊維大学, 電気電子工学系, 助教 (60731768)
柳 久雄 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (00220179)
水野 斎 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (60734837)
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| Project Period (FY) |
2020-10-27 – 2023-03-31
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| Keywords | 半導体微小共振器 / ポラリトン / 有機半導体 / ペロブスカイト |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、次世代の革新的量子デバイス技術の構築に向けて、半導体中で形成される光－物質混成状態の基礎光電子物性を詳細に理解し、それらを室温にて自在に制御するための基盤技術を開発することを目的とする。特異な電子物性を持つ半導体材料を高品質な光微小共振器内に閉じ込め、その電子励起状態を光子と強く相互作用させる。生成された混成励起状態が示す半光子／半物質物性の時間領域および実空間領域でのダイナミクスを調べ上げ、室温でのボーズ・アインシュタイン凝縮に基づく新奇光電子機能の発現／制御手法を開発する。これまでにも強い協力関係がある海外連携機関（英国ケンブリッジ 大学）を訪問し、世界最先端の評価実験を実施する。2名の若手研究者を含む研究組織により、本研究プロジェ クトを国際的なネットワークの中で中核的に実施する。
今年度の成果として、まず、強い遷移双極子モーメントを示す有機半導体の一つであるBP1T-CNを活性層とした微小共振器において、詳細な時間分解フォトルミネッセンス測定により、閾値以下での弱励起下における緩和ダイナミクスを明らかにした。以上の成果は学術論文として投稿済みである。このBP1T-CNマイクロキャビティは、過去に連携先で強励起下でのダイナミクスを評価しており、ポラリトン凝縮低閾値化に向けての励起緩和過程の全貌を明らかにすることができた。
また、最終年度に連携先で評価予定の鉛ハライドペロブスカイトマイクロキャビティにおいては、高品質微小共振器素子作製のための技術改善を順調に進めており、室温での凝縮相観測を達成している。今年度の顕著な成果としては、新しい光学実験系の構築により、凝縮相の空間コヒーレンス形成が実証できている。
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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
補助事業期間中の研究実施計画としてあげていた事項である「結晶成長」および「共振器デバイス作製」に関しては、研究分担者とも連携し、ペロブスカイトにおいて過飽和溶液からの特徴的な結晶成長手法を考案している。この他にも、真空蒸着やバルク結晶成長からの剥離法なども平行して検討を進めており、おおむね順調に進展していると言える。一方、有機分子結晶を用いた微小共振器では、本質的な材料特性によりポラリトン凝縮の低閾値化はなかなか難しいことが明らかになってきており、今後はペロブスカイトに軸足をおくことになる見込みである。
最後の実施項目として予定している「超高速＆実空間ダイナミクス」の評価については、国際的な社会動向が読めず、その実施方法を検討する必要があるかもしれない。渡航が困難となる場合を想定し、先方との協議を早めに進めておく必要がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、ペロブスカイト結晶成長およびその薄膜化の各種手法の改善を引き続き行うとともに、高品質な共振器デバイスの作製に主眼をおく。本予算で購入を予定していた多元スパッタ装置は別予算で手配できる見込みが立っており、これを用いて高Q値の微小共振器素子の作製する。微細加工技術を組み合わせて、ポラリトン凝縮相を「アレイ化」もしくは「ラティス化」することも見据える。また、最終年度に連携先のケンブリッジ大学で実施予定の超高速&実空間ダイナミクスの測定実施に向けては、その準備のための協議を今秋以降に実施していく。
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