2023 Fiscal Year Annual Research Report
Exciton-phonon polariton lasing in TPCO self-cavities
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21H01370
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
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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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山下 兼一 京都工芸繊維大学, 電気電子工学系, 教授 (00346115)
阪東 一毅 静岡大学, 理学部, 准教授 (50344867)
佐々木 史雄 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 上級主任研究員 (90222009)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | （チオフェン/フェニレン）コオリゴマー / レーザー発振 / 強結合 / ポラリトン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
（チオフェン/フェニレン）コオリゴマー（TPCO）の一種であるBP3T単結晶を用いた光学測定では，単結晶のパラレルな両端面がファブリーペロー共振器として機能することによりレーザー発振が観測された。フォトンレーザー発振閾値以下の励起密度領域においては，レーザー発振帯に対して複数に分裂したモード構造を伴う発光帯が観測された。このモード構造を基にエネルギー対波数の分散プロットを作成した結果，励起子－分子振動－光子の結合状態を考慮した現象論的ハミルトニアンにより良く再現できることがわかった。これは，単結晶内で秩序配列した分子の協同的振動が励起子ポラリトン状態と結合した複合準粒子が形成されていることを意味している。また，スペクトル分裂が現れているときの時間分解スペクトル測定を行った結果，時間原点から60 ps程度の時間遅れを伴った遅延型パルス発光が観測された。この遅延時間は，ホット励起子が分子振動と結合した励起子状態に緩和し，ポピュレーションが蓄積されている時間だと考えられる。本研究では，室温下での励起子－分子振動－光子の強結合状態に起因するレーザー発振を初めて観測した。
また，TPCOの一種であるBP2T-CN結晶においては，結晶成長方法を溶液成長・気相成長・溶融法と変化させることにより，結晶面・分子配向・結晶構造の異なる結晶多形を形成することを初めて見出した。結晶面・分子配向・結晶構造の異なる結晶多形を用いることにより，同一分子を用いて発光特性を制御できることを実証すると共に，4種類の結晶多形において光励起レーザー発振も観測した。BP2T-CNとは分子対称性の異なるBP1T-Buにおいても，緑色発光結晶と水色発光結晶の2種類の作製に成功し，結晶多形形成によって分子配向及び結晶構造が異なることを明らかにした。
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| Research Progress Status |
令和5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5年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Presentation] Optical properties of microcavities with 5,5'-bis(4-biphenylyl)-2,2'-bithiophene nanocrystals2023
Author(s)
Hitoshi Mizuno, Tomomi Jinjyo, Takaya Inukai, Kenichi Yamashita, Antonio Fieramosca, Laura Polimeno, Milena De Giorgi, Dario Ballarini, Daniele Sanvitto
Organizer
14th Japan-China Joint Symposium on Conduction and Photoconduction in Organic Solids and Related Phenomena
Int'l Joint Research
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