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フェムト秒顕微過渡吸収測定法によるペロブスカイト結晶中の励起子ポラリトン挙動解明

研究課題

研究課題/領域番号 19K05190
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分28010:ナノ構造化学関連
研究機関徳島大学

研究代表者

片山 哲郎  徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 助教 (80592360)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 130千円 (直接経費: 100千円、間接経費: 30千円)
2020年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2019年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
キーワードハロゲン化鉛ペロブスカイト / 顕微過渡吸収分光 / 励起子ポラリトン / 有機無機ハロゲン化鉛ペロブスカイト / 単一微結晶計測 / 超高速分光 / 物理化学 / 光化学 / ペロブスカイト / 時間分解分光 / 有機無機ペロブスカイト / 顕微分光 / 単結晶
研究開始時の研究の概要

本研究では有機-無機ハイブリッド型ペロブスカイト結晶(CH3NH3PbX3 (X=Cl, Br, I))を対象にホットキャリア、および励起子ポラリトンを時空間分解分光により検出しつつ、これらの易動度、生成・消失因子を解明する。CH3NH3PbX3結晶に対して既存の顕微過渡吸収分光測定装置により、顕微鏡下の結晶の励起子ダイナミクス測定を行うことによって①時間分解電子スペクトル②過渡吸光度画像の時間変化を取得することができる。これらのデータから、励起子ポラリトンのふるまいを明らかにする

研究成果の概要

ハロゲン化鉛ペロブスカイト結晶を対象とし、時・空間分解能を有するフェムト秒顕微過渡吸収分光手法と偏光解消実験を組み合わせ、光生成するホットキャリアおよび励起子ポラリトン状態の時空間ダイナミクスを測定し、その物理化学的な性質を明らかにした。実験では我々の有する既存の計測装置に 本研究費で購入したBBO闕所を含む消耗品により非同軸パラメトリック発振器を自作し、①波長可変、単一波長の過渡吸光度イメージング計測、②スーパーコンティニューム光による顕微過渡吸収スペクトル計測、の二点を計測できるように構築し、ハロゲン化鉛ペロブスカイト結晶のキャリア分布と電子スペクトル形状変化を解明にした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

顕微過渡吸収スペクトル計測において観測光の偏光を結晶軸に対して垂直および平行条件で計測した場合、過渡吸光度スペクトルに明確な偏光依存性があった。この結果は励起直後の電子状態から強く偏光に依存性を示す電子状態が存在しており、 この結果から励起ポラリトンが初期の電子状態に含まれていることが明らかとなった。本研究成果は誘導放出増幅に対する知見だけでなく、励起子ポラリトンを利用した次世代型光電変換系の材料設計指針を提出する上でも重要である。

報告書

(4件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (43件)

すべて 2022 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (11件) (うち査読あり 9件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (31件) (うち国際学会 12件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Creation of three dimensional octahedral tin oxide nanostructure produced by laser ablation in liquid2022

    • 著者名/発表者名
      Nakayama Daichi、Koinkar Pankaj、Katayama Tetsuro、Furube Akihiro
    • 雑誌名

      Modern Physics Letters B

      巻: - 号: 16

    • DOI

      10.1142/s0217984922420027

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of Phenolic Substituent Position in Boron Complexes of Imidazo[1,5‐a]pyridine2022

    • 著者名/発表者名
      Yagishita Fumitoshi、Hoshi Keita、Mukai Shoma、Kinouchi Takashi、Katayama Tetsuro、Yoshida Yasushi、Minagawa Keiji、Furube Akihiro、Imada Yasushi
    • 雑誌名

      Asian Journal of Organic Chemistry

      巻: 11 号: 4

    • DOI

      10.1002/ajoc.202200040

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Polymorph-Derived Diversification of Crystal Actuation by Photoisomerization and the Photothermal Effect2022

    • 著者名/発表者名
      Hasebe Shodai、Hagiwara Yuki、Takechi Kyoko、Katayama Tetsuro、Furube Akihiro、Asahi Toru、Koshima Hideko
    • 雑誌名

      Chemistry of Materials

      巻: 34 号: 3 ページ: 1315-1324

    • DOI

      10.1021/acs.chemmater.1c04007

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Two-photon excitable boron complex based on tridentate imidazo[1,5-a]pyridine ligand for heavy-atom-free mitochondria-targeted photodynamic therapy2021

    • 著者名/発表者名
      Hoshi Keita、Itaya Masami、Tahara Koki、Matsumoto Airi、Tabata Atsuhi、Nagamune Hideaki、Yoshida Yasushi、Hase Eiji、Minamikawa Takeo、Yasui Takeshi、Katayama Tetsuro、Furube Akihiro、Minagawa Keiji、Imada Yasushi、Yagishita Fumitoshi
    • 雑誌名

      RSC Advances

      巻: 11 号: 42 ページ: 26403-26407

    • DOI

      10.1039/d1ra05059a

    • NAID

      120007188419

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      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Laser assisted synthesis of WS2 nanorods by pulsed laser ablation in liquid environment2021

    • 著者名/発表者名
      Koinkar Pankaj、Sasaki Kohei、Katayama Tetsuro、Furube Akihiro、Sugano Satoshi
    • 雑誌名

      International Journal of Modern Physics B

      巻: 35 号: 14n16 ページ: 2140007-2140007

    • DOI

      10.1142/s0217979221400075

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      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photothermally Driven High-Speed Crystal Actuation and Its Simulation2021

    • 著者名/発表者名
      Hasebe Shodai、Hagiwara Yuki、Komiya Jun、Ryu Meguya、Fujisawa Hiroki、Morikawa Junko、Katayama Tetsuro、Yamanaka Daiki、Furube Akihiro、Sato Hiroyasu、Asahi Toru、Koshima Hideko
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 143 号: 23 ページ: 8866-8877

    • DOI

      10.1021/jacs.1c03588

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Charge separation dynamics in In2Se3/ZnO/Au ternary system for enhanced photocatalytic degradation of methylene blue under visible light2021

    • 著者名/発表者名
      Dhongade Siddhant、Koinkar Pankaj、Katayama Tetsuro、Maki Yutaro、Furube Akihiro
    • 雑誌名

      Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry

      巻: 411 ページ: 113208-113208

    • DOI

      10.1016/j.jphotochem.2021.113208

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      2021 実績報告書 2020 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Vibrational decoherence induced by ultrafast intramolecular charge separation of an asymmetric bianthryl derivative2020

    • 著者名/発表者名
      Takeuchi Eisuke、Muramatsu Masayasu、Yoneda Yusuke、Katayama Tetsuro、Iwamoto Akira、Nagasawa Yutaka、Miyasaka Hiroshi
    • 雑誌名

      The Journal of Chemical Physics

      巻: 153 号: 8 ページ: 084307-084307

    • DOI

      10.1063/5.0018482

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 半導体微粒子の超高速分光計測2020

    • 著者名/発表者名
      Tetsuro Katayama
    • 雑誌名

      光化学

      巻: 5 ページ: 132-137

    • NAID

      40022448096

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Semiconductive Nature of Lead-Based Metal?Organic Frameworks with Three-Dimensionally Extended Sulfur Secondary Building Units2019

    • 著者名/発表者名
      Kamakura Yoshinobu、Chinapang Pondchanok、Masaoka Shigeyuki、Saeki Akinori、Ogasawara Kazuyoshi、Nishitani Shigeto R.、Yoshikawa Hirofumi、Katayama Tetsuro、Tamai Naoto、Sugimoto Kunihisa、Tanaka Daisuke
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 142 号: 1 ページ: 27-32

    • DOI

      10.1021/jacs.9b10436

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ultrafast and Hot Electron Transfer in CdSe QD?Au Hybrid Nanostructures2019

    • 著者名/発表者名
      Okuhata Tomoki、Katayama Tetsuro、Tamai Naoto
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry C

      巻: 124 号: 1 ページ: 1099-1107

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.9b09042

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 硫化タングステンナノシート及び金ナノ粒子を修飾したSERS活性基板の作製とその分光特性評価2022

    • 著者名/発表者名
      國府 樹, 片山 哲郎, コインカー パンカジ, 古部昭広
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
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      2021 実績報告書
  • [学会発表] 再沈法で作製したルブレン微結晶における光学特性のサイズ依存性と励起子分裂過程の時間分解分光観測2022

    • 著者名/発表者名
      新居 大祐, 片山 哲郎, 古部 昭広
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] フェムト秒顕微過渡吸収分光法を用いたハロゲン化鉛ペロブスカイト結晶中のキャリアダイナミクスの偏光依存性2022

    • 著者名/発表者名
      片山 哲郎、藤田 優真、山本 輝、赤木 裕一郎、古部 昭広
    • 学会等名
      日本化学会 第102春季年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] フェムト秒顕微過渡吸収分光法によるMoS2薄膜におけるキャリアダイナミクスの観測2022

    • 著者名/発表者名
      山本 輝、藤田 優真、赤木 裕一郎、片山 哲郎、古部 昭広
    • 学会等名
      日本化学会 第102春季年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Ultrafast Carrier Dynamics in Hematite Photoanode Decorated with Au nanorods under NIR Plasmon Excitation2021

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Furube, Maki Yutaro, Tetsuro Katayama and Chen Liang-Yih
    • 学会等名
      7th International Forum on Advanced Technologies
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Charge Carrier Dynamics of In2Se3 Nanocubes and Plasmonic Composites Fabricated By Laser Ablation As Primary Processes of Solar Energy Conversion2021

    • 著者名/発表者名
      Siddhant Dhongade, Tetsuro Katayama, Pankaj Koinkar, Maki Yutaro and Akihiro Furube
    • 学会等名
      239th ECS Meeting
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 走査型近接場光学顕微鏡による有機無機ペロブスカイト微結晶の形状および吸光特性2021

    • 著者名/発表者名
      小林 卓登, 赤木 裕一郎, 片山 哲郎, 古部 昭広
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] フェムト秒顕微過度吸収スペクトル測定装置を用いたCH3NH3PbBr3微結晶のキャリアダイナミクス2021

    • 著者名/発表者名
      藤田 優真, 赤木 裕一郎, 片山 哲郎, 古部 昭広
    • 学会等名
      日本化学会 第101春季年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] テトラアリール[3]クムレン類の光二量化とその二量体の結晶化誘起発光2021

    • 著者名/発表者名
      星 恵太, 上田 昭子, 片山 哲郎, 古部 昭広, 南川 慶二, 河村 保彦, 今田 泰嗣, 八木下 史敏
    • 学会等名
      日本化学会第101春季年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] フェムト秒顕微過渡吸収スペクトル測定法によるCH3NH3PbBr3単一微結晶の非線形発光ダイナミクス計測2021

    • 著者名/発表者名
      片山 哲郎, 藤田 優真, 赤木 裕一郎, 古部 昭広
    • 学会等名
      日本化学会 第101春季年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Diverse mechanical motions of polymorphic crystals based on photoisomerization and photothermal effect2021

    • 著者名/発表者名
      長谷部 翔大, 萩原 佑紀, 劉 芽久哉, 藤澤 弘樹, 森川 淳子, 片山 哲郎, 古部 昭広, 朝日 透, 小島 秀子
    • 学会等名
      日本化学会 第101春季年会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] テトラアリール[3]クムレンの光二量体合成と発光特性評価2021

    • 著者名/発表者名
      星 恵太, 片山 哲郎, 古部 昭広, 南川 慶二, 今田 泰嗣, 八木下 史敏
    • 学会等名
      2021年光化学討論会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] イミダゾ[1,5-a]ピリジン三座配位子-ホウ素錯体の合成および構造と光物性評価2021

    • 著者名/発表者名
      田原 晃生, 板家 將海, 田端 厚之, 長宗 秀明, 片山 哲郎, 古部 昭広, 南川 慶二, 今田 泰嗣, 八木下 史敏
    • 学会等名
      2021年光化学討論会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Visualization of the Nonlinear Emission Dynamics of Organic-inorganic Perovskite Microcrystal System using Femtosecond Transient Absorption Microscopy2020

    • 著者名/発表者名
      Yuichiro Akagi, Tetsuro Katayama, Akihiro Furube
    • 学会等名
      12th Conference on Hybrid and Organic Photovoltaics, HOPV20 Online Conference
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Hot Carrier Transport Modeling for Nonlinear Emission Dynamics in a CH3NH3PbBr3 Microcrystal by Femtosecond Transient Absorption Microscopy2020

    • 著者名/発表者名
      Tetsuro Katayama, Yuichiro Akagi, Akihiro Furube
    • 学会等名
      12th Conference on Hybrid and Organic Photovoltaics, HOPV20 Online Conference
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] フェムト秒レーザーアブレーションを用いて作製したBi2Se3微粒子系のキャリアダイナミクス2020

    • 著者名/発表者名
      片山哲郎、大隅優、コインカーパンカジ, 古部昭広
    • 学会等名
      2020年光化学討論会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] eneration of Long-lived Charges by Near-infrared Plasmon Resonance of Hematite Photoanode Decorated with Gold nanorods2020

    • 著者名/発表者名
      Yutaro MAKI, Masahiro OKAZAKI, Tetsuro KATAYAMA, Akihiro FURUBE, Liang-Yih CHEN
    • 学会等名
      2020年光化学討論会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] テトラアリール[3]クムレン類の光二量化とその二量体の結晶化誘起発光2020

    • 著者名/発表者名
      星 恵太、上田 昭子、片山 哲郎、古部 昭広、南川 慶二、河村 保彦、今田 泰嗣、八木下 史敏
    • 学会等名
      日本化学会 第101春季年会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 多形結晶の光異性化と光熱効果による多様なメカニカル運動2020

    • 著者名/発表者名
      長谷部 翔大、萩原 佑紀、劉 芽久哉、藤澤 弘樹、森川 淳子、片山 哲郎、古部 昭広、朝日 透、小島 秀子
    • 学会等名
      日本化学会 第101春季年会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] フェムト秒顕微過渡吸収スペクトル測定法によるCH3NH3PbBr3単一微結晶の非線形発光ダイナミクス計測2020

    • 著者名/発表者名
      片山 哲郎、藤田 優馬、赤木 裕一郎、古部 昭広
    • 学会等名
      日本化学会 第101春季年会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] フェムト秒顕微過度吸収スペクトル測定装置を用いたCH3NH3PbBr3微結晶のキャリアダイナミクス2020

    • 著者名/発表者名
      藤田 優真、赤木 裕一郎、片山 哲郎、古部 昭広
    • 学会等名
      日本化学会 第101春季年会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] フェムト秒顕微過渡吸収スペクトル測定装置を用いたによる有機-無機ペロブスカイトCH3NH3PBr3微結晶系の非線形発光ホットキャリアダイナミクスの観測2020

    • 著者名/発表者名
      赤木 裕一郎、藤田 優真、片山 哲郎、古部 昭広
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 走査型近接場光学顕微鏡による有機無機ペロブスカイト微結晶の形状および吸光特性2020

    • 著者名/発表者名
      小林 卓登、赤木 裕一郎、片山 哲郎、古部 昭広
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] Hot Carrier Transport Modeling for Nonlinear Emission Dynamics in a CH3NH3PbBr3 Microcrystal by Femtosecond Transient Absorption Microscopy2020

    • 著者名/発表者名
      Tetsuro Katayama, Yuichiro Akagi, Akihiro Furube
    • 学会等名
      HOPV2020
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Visualization of the Nonlinear Emission Dynamics of Organic-inorganic Perovskite Microcrystal System using Femtosecond Transient Absorption Microscopy2020

    • 著者名/発表者名
      Yuichiro Akagi, Tetsuro Katayama, Akihiro Furube
    • 学会等名
      HOPV2020
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Charge Carrier Dynamics of CsPbBr3 Perovskite Quantum Dots Showing Water Treatment Effect of Photoluminescence Efficiency2020

    • 著者名/発表者名
      Akihiro Furube, Koki Mori, Tetsuro Katayama, Shih-Hsuan Chen, Liang-Yih Chen
    • 学会等名
      HOPV2020
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Exciton Dynamics of Small Sized InP Quantum Dots and Its Core-shell Structure2019

    • 著者名/発表者名
      Fujitaka Ayana, Usui Yuta, Tetsuro Katayama and Tamai Naoto
    • 学会等名
      The 29th International Conference on Photochemistry, ULTPhoto_P14, Boulder, Colorado, USA, July , 2019, Boulder, Colorado, USA, Jul. 2019.
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Hot Electron Transfer Dynamics of CdSe/ZnS Quantum Dots-Methyl Viologen Systems2019

    • 著者名/発表者名
      Tsuji Kosuke, Usui Yuta, Tetsuro Katayama and Tamai Naoto
    • 学会等名
      The 29th International Conference on Photochemistry, ULTPhoto_P14, Boulder, Colorado, USA, July , 2019, Boulder, Colorado, USA, Jul. 2019.
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Elementary Carrier Relaxation and Transfer Processes of ZnSe QDs2019

    • 著者名/発表者名
      Tanabe Yoko, Kori Shota, Usui Yuta, Tetsuro Katayama and Tamai Naoto
    • 学会等名
      The 29th International Conference on Photochemistry, ULTPhoto_P14, Boulder, Colorado, USA, July , 2019, Boulder, Colorado, USA, Jul. 2019.
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Photochromic Reaction of CdTe Quantum Dots-Diarylethene Derivative Hybrid System In Silent Wavelength2019

    • 著者名/発表者名
      Kataoka Taisei, Usui Yuta, Shibayama Daiki, Tetsuro Katayama, Morimoto Masakazu, Irie Masahiro and Tamai Naoto
    • 学会等名
      The 29th International Conference on Photochemistry, ULTPhoto_P14, Boulder, Colorado, USA, July , 2019, Boulder, Colorado, USA, Jul. 2019.
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Intramolecular Singlet Fission in Acene Dimers and Trimers: Rate Difference Exists?2019

    • 著者名/発表者名
      Tamai Naoto, Wang Li, Jung Sunna, Tetsuro Katayama, Kamada Kenji and Hamura Toshiyuki
    • 学会等名
      The 29th International Conference on Photochemistry, ULTPhoto_P14, Boulder, Colorado, USA, July , 2019, Boulder, Colorado, USA, Jul. 2019.
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [図書] 分光研究、フェムト秒顕微過渡吸収分光法2022

    • 著者名/発表者名
      片山哲郎
    • 総ページ数
      3
    • 出版者
      日本分光学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2023-01-30  

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