2014 Fiscal Year Research-status Report
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26420884
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
蜂谷 寛 京都大学, エネルギー科学研究科, 助教 (90314252)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | エネルギー生成 / エネルギー変換 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
単結晶ZnOを主な研究対象として用い、極低温または室温においてラマン散乱およびフォトルミネッセンス（PL）測定を行った。さらに、冷却したサンプルに、ZnOのラマン・赤外活性である光学フォノンモードに対応する波長に調整した中赤外パルスレーザー（KU-FEL）、およびラマン散乱測定用のプローブ光（Nd-YAGレーザー第2高調波: 532 nm）を同時照射した。金属酸化物材料の電子移動などの物性は、赤外域に振動モードを有する格子振動（フォノン）と電子の相互作用が重要な役割を担っていると考えられており、選択的なフォノン励起により特定の格子振動が及ぼす電子状態への影響を解明することが可能である。欠陥生成により生成したキャリアの、格子と強く結びついた伝導メカニズムの解明においても、決定的なデータを与えると考えられる。
ZnOにおける選択的格子振動励起の期待される振動モードをアンチ-ストークス・ラマン散乱光によって高いS/N比で観測するには至っていないが、不純物や欠陥に由来する幅広い発光を、紫外放射光を用いたPLおよびPL励起（PLE）測定スペクトルの測定によって取得し、解析することによって、欠陥からの発光スペクトルがラマン散乱信号に重なっているためであることがわかった。
これらの PL バンドの発光強度は、プローブ光による励起強度の二乗に比例することが確かめられたため、二光子励起によるZnO からのPL信号がラマン散乱信号観測におけるS/N比を低下させていることが示唆された。
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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
フォトルミネッセンスの励起・ラマン散乱の励起光源には、実験室の He-Cd レーザー・Nd-YAG レーザー等に加えて、共同研究先の 自由電子レーザー実験設備 (京都大学エネルギー理工学研究所)、放射光施設（分子研UVSOR）等を適宜利用して共同研究を順調に進行させている。とくに低酸素分圧下において生成する欠陥構造の解析において、上記の測定システムの有効性を示すことができた。
雰囲気制御下・特異な多層膜での反射・ラマン散乱スペクトルの取得のための、ファイバ付小型分光器によるファイバー・プローブ導入による測定システムの構築を行い、ZnOほかの欠陥構造を有する酸化物バルク試料に加えて、所属研究分野内において電界紡糸法により作成された、金属酸化物を含むナノファイバー構造におけるラマン散乱スペクトルおよび国内共同研究研究室において作成された金属酸化物ナノ構造薄膜における反射・吸収スペクトル等を取得し、バルク構造とのスペクトル変化等を観測することができた。
顕微ユニット付赤外分光光度計を用いた測定によっても、多層膜における赤外吸収スペクトルを通じた評価を行うことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度と同じ測定システムにおける ZnO, TiO2 を用いた計測を継続し、ラマン散乱スペクトル及び吸収スペクトルの第一原理分子動力学法による欠陥電子状態シミュレーションとの比較と欠陥付近の局所構造の最適化をパソコン・学内スーパーコンピューターラボラトリーのアプリケーションを用いて行うとともに、これらの金属酸化物を材料として用いて目的とする光エネルギー変換機能の強化を図った、各種ナノ構造への展開を目指す。
ナノロッド、ナノドット等の構造は、バルクに対する表面の割合が高く、かつ、面方位による強い結晶成長の違いが見いだされている。したがって、ナノ構造の生成速度・安定性のみならず、雰囲気制御に対する応答の速さ・大きさの作製構造に対する依存性も大きくなることが期待される。これらの構造に対しても、明確に定義可能な制御パラメー ターを考察するとともに、表面-欠陥構造が光エネルギー機能に及ぼす影響がいかなるものであるかを明らかにすることを目指す。
単結晶を用いた基礎物性の測定においても、複数の面方位試料を用いた測定を併せて行うことにより、上記の研究方針にしたがった光エネルギー機能解析を行うことを予定している。
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| Causes of Carryover |
京都市および近郊で開催される学会での成果発表が続いたため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
当初の計画通りの使用と学会開催地による変動額の合計によって大きな変更の必要は生じないと考えられる。
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Research Products
(8 results)
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[Journal Article] Effect of microwave irradiation on the electronic structure of ZnO2015
Author(s)
Kyohei Yoshida, Taro Sonobe, Heishun. Zen, Kan Hachiya, Kensuke Okumura, Kenta Mishima, Motoharu Inukai, Hani Negm, Konstantin Torgasin, Mohamed Omer, Ryota Kinjo, Toshiteru Kii, Kai Masuda, Hideaki Ohgaki
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Journal Title
Journal of Physics and Chemistry of Solids
Volume: 83
Pages: 47-51
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] アンチストークスラマン散乱分光を用いた中赤外自由電子レーザーによる選択的格子振動励起の直接観測2015
Author(s)
吉田恭平, 園部太郎, 全 炳俊, 蜂谷 寛, 村田智哉, 栂村勇輔, 犬飼元晴, Sikharin Suphakul, Negm Hani, Konstantin Torgasin, 紀井俊輝, 増田開, 大垣英明
Organizer
第28回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
Place of Presentation
立命館大学びわこ･くさつキャンパス
Year and Date
2015-01-10 – 2015-01-12
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