2023 Fiscal Year Annual Research Report
Chemical synthesis and exploration of concerted optical properties of anisotropic three-dimensional quantum dot superlattices
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23H01802
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
猿山 雅亮 京都大学, 化学研究所, 特定准教授 (50636628)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2027-03-31
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| Keywords | 量子ドット / 超格子 / 発光 / 光電流 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
独自の手法で合成した三次元硫化銅量子ドット超格子のイオン交換反応による多様な組成をもつ量子ドット超格子群の調製を実施した。量子ドット超格子を分解させないように、硫化銅量子ドットにとって貧溶媒であるアルコールを溶媒に用い、Cd2+、Pb2+、Zn2+といった異種カチオンを加え、銅イオン補足剤であるトリアルキルホスフィンを混合して加熱することで数分でほぼすべての銅イオンが異種カチオンに置き換えることができた。このCdSやZnS量子ドットからなる超格子は、もとの規則配列構造を維持し、かつ硫黄アニオン副格子の保存による結晶方位の整列など、マクロな異方性光学材料としての構造的特徴を有することが明らかとなった。特に、ウルツ鉱型CdSやZnSについては、c軸が数十μｍにわたって整列しており、偏光光学顕微鏡においてもバルク単結晶のような明瞭な複屈折挙動を示した。また、PbS量子ドットにおいても[111]方向が量子ドット間で整列しており、効果的なキャリア移動につながると期待される。異種カチオンによっては酸化物と思われる副生成物の混合や、ナノ粒子配列の大きな乱れが生じるケースもあったが、イオン交換反応系中にポリビニルピロリドンを添加することで、おそらく酸化物粒子の分散性向上（超格子との分離が可能になる）および超格子構造の保護作用により、超格子の品質が大きく向上した。これは、量子ドット超格子ライブラリの拡充に大いに役立つ発見であると考えている。
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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
硫化物系の量子ドットについては、硫化銅のイオン交換によってさまざまな組成のものが合成できることが分かり、初年度の目標である目的とする試料調製に関してはおおむね達成できたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
合成した量子ドット超格子一つ一つに対して顕微分光測定を実施し、超格子の基礎的な光学特性を理解する。また、量子ドット間でのカップリングを強めるために、より充填密度の高い直方体量子ドットからなる超格子の合成も試行する。
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