光励起を利用した量子ドットに対する常温液体中で可能な新しい運動操作・選別法の開発
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22K04870
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 28030:Nanomaterials-related
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| Research Institution | University of Fukui |
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Principal Investigator |
熊倉 光孝 福井大学, 学術研究院工学系部門, 教授 (30324601)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
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| Keywords | 半導体量子ドット / 光マニピュレーション / 誘電泳動 / 光ピンセット / 量子ドット / 泳動 / トラップ / マニピュレーション |
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| Outline of Research at the Start |
数nmサイズの中性微粒子の運動を常温液体中で電場や光によって操作することは、熱揺らぎの影響が大きいことから実現困難とされてきた。この研究では、常温の液体中であっても、均一電場とレーザービームによる局所的な共鳴光励起を組み合わせることで、数nmサイズの半導体量子ドットの運動が操作できることを実証する。均一電場を印加できるフローセルを用意し、これに集光レーザービームを入射して量子ドットを焦点付近にトラップする。量子ドットの空間密度分布から量子ドットに働く力の詳細を明らかにする。また、励起光のレーザー波長によって特定の吸収スペクトルをもつ量子ドットのみを選択的に操作できることを示す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
数nmサイズの微粒子である半導体量子ドットは、誘電泳動や光ピンセットなどの従来の手法ではその運動を操作することが困難であったが、我々は光励起と不均一高電場を組み合わせることによって実現できる可能性を見出し、その検証実験に取り組んでいる。本研究課題の初年度であった昨年度は、実験に用いる高電場印加が可能なフローチャンネルセルの製作と、このセル中における量子ドットのイメージング装置の構築を行った。2年目にあたる今年度は、シリンジポンプにより流速制御しながら、このセルに試料溶液を導入し、電場最大位置での量子ドットのトラップの観測を試みた。
実験では、2枚の対向電極板によって不均一電場を試料溶液に印加し、最大電場領域にCWレーザービームを集光して照射し、量子ドットの光励起を行った。その結果、数時間で量子ドットが溶液中の特定領域にトラップできることが再確認できたが、さらに今回、レーザー照射位置を変えることで、トラップ位置が電場最大位置からシフトできることを新たに見出した。これは、均一電場の印加により集光レーザービームで量子ドットを操作できる可能性を示すもので、本研究の目的達成に大きな意義を持つ結果である。一方、これらの実験では、電場を印加してから数時間で、電極板間の放電により実験が継続できなくなることが判明し、トラップ特性を解明するために、より長い観測時間が実現することが大きな課題となっている。この放電を抑制するため、用いる溶媒中の水分や不純物の除去、溶媒槽の気密化などの対策を進めたが、電場印加による分解生成物が原因であることなどがわかってきたため、次年度以降は電極槽の溶媒循環システムの追加などの抜本的な対策を講じる予定である。
なお、本年度、以上のような実験の進捗により、本件研究課題に関して特許一件が認められた。
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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
本年度の研究実施計画で目的とした、レーザー集光位置によるトラップ位置の操作を計画通り実験的に確認することができた。一方、粒子に働く力、ポテンシャルエネルギーの見積もりは、放電の発生などの実験上の問題から今後の課題となっているが、次年度に行う予定の溶媒循環装置の製作で解決できると見込まれることから、おおむね順調に進展していると判断した。昨年度から継続した課題であった申請中の関連特許も、本年度、取得することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在、数時間に亘る高電場印加後の放電が、研究計画を進めるうえでの最大の問題となっている。これを解決するため、現在、溶媒循環装置の開発を進めており、これをできるだけ早期に完了して、10時間程度の長時間実験の実現を目指す。これにより、量子ドットのトラップ特性の定量的な計測・評価を推進する。また、当初の研究計画で最終年度（3年目）の目標とした量子ドットのサイズ選別への応用についても実験的に検証を行う。
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Report
(2 results)
Research Products
(5 results)
