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2013 Fiscal Year Annual Research Report

多色光パルス励起時間分解蛍光顕微鏡の開発と量子ドット系への応用

Research Project

Project/Area Number 24740261
Research InstitutionThe University of Electro-Communications

Principal Investigator

宮崎 淳  電気通信大学, 先端超高速レーザー研究センター, 特任助教 (50467502)

Keywords非平衡系 / 不規則系 / 拡散・移動現象 / 自己組織化 / 励起子 / ナノ粒子 / レーザー顕微鏡 / 超解像
Research Abstract

空間的に不均一な媒質中に生成された励起子は、エネルギーの緩和を伴いながら拡散する。この現象は有機太陽電池、発光素子においてその効率を作用する重要な要因であるが、本質的に非平衡であるためその取扱いについてはまだ確立されていない。本研究では、不均一広がりをもつ半導体ナノ粒子が配列された系における励起子ホッピング・輸送現象に着目し、多色のレーザーを光源に用いた時間分解顕微鏡を用いた測定から、そのダイナミクスを系統的に明らかにすることを目的とした。本年度の成果として主に以下を得た。
変調周波数の異なる2色の半導体レーザーを用いた顕微測定システムの検出感度と空間分解能を向上した。その結果、ショット雑音限界感度、回折限界値に対して2倍の超解像(約100nm)でポンプ-プローブ信号が測定できるようになった。量子ドットの凝集体の不均一構造のサイズは数100nmで本装置で十分に観察可能である。また光源の変調周波数を変え試料の周波数応答を測定することで励起状態寿命などの時間分解情報が得られる。その分解能は約数百ピコ秒であり、約数百ピコ秒からナノ秒の励起子拡散ダイナミクを評価するために十分な性能を有する。
バルクの不均一量子ドット格子系を対象とした時間分解蛍光スペクトルの温度、励起波長依存性から、低温ではエネルギーの小さい粒子に励起子がトラップされやすく、室温程度では繰り返しホッピングが起こるが欠陥等に起因する粒子に辿りついた場合にはクエンチされる等の描像を昨年度までに明らかにした。今年度はさらに現象を定量的に説明するための非平衡統計力学的な立場から理論構築を行い、平均ホッピング距離や励起子のクエンチの割合について評価した。

  • Research Products

    (4 results)

All 2014 2013

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Sub-diffraction resolution pump-probe microscopy with shot-noise limited sensitivity using laser diodes2014

    • Author(s)
      J. Miyazaki, H. Tsurui, A. Hayashi-Takagi, H. Kasai, and T. Kobayashi
    • Journal Title

      Optics Express

      Volume: 22 Pages: 9024-9032

    • DOI

      10.1364/OE.22.009024

  • [Journal Article] Quantifying exciton hopping in disordered media with quenching sites: Application to arrays of quantum dots2013

    • Author(s)
      J. Miyazaki
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 88 Pages: 155302

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.88.155302

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 半導体レーザーを用いた超解像誘導放出顕微鏡の開発と生体イメージングへの応用2014

    • Author(s)
      宮崎淳、鶴井博理、林(高木)朗子、河西春朗、小林孝嘉
    • Organizer
      応用物理学会
    • Place of Presentation
      青山学院大学相模原キャンパス
    • Year and Date
      20140318-20140318
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 光学測定装置、光学測定法、及び顕微イメージングシステム2013

    • Inventor(s)
      宮崎淳、小林孝嘉
    • Industrial Property Rights Holder
      宮崎淳、小林孝嘉
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2013-178953
    • Filing Date
      2013-08-30

URL: 

Published: 2015-05-28  

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