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A novel design of integrated optical circuits and nanolaser devices using 2D and quantum dot perovskites

研究課題

研究課題/領域番号 20H02197
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分21060:電子デバイスおよび電子機器関連
研究機関東京大学

研究代表者

何 亜倫  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任助教 (20815386)

研究分担者 八井 崇  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80505248)
項 栄  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 外国人客員研究員 (20740096)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
18,200千円 (直接経費: 14,000千円、間接経費: 4,200千円)
2022年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2021年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2020年度: 10,920千円 (直接経費: 8,400千円、間接経費: 2,520千円)
キーワードナノレーザー / ペロブスカイト / 量子ドット / ナノ結晶 / ナノフォトニクス / プラズモニクス / ナノ加工 / 光デバイス / ペロブスカイトナノ結晶 / コロイド量子ドット / ナノレーサー / Nanolaser / Perovskite nanocrystal / Perovskite / Plasmonics / perovskite nanocrystals / nanolasers / lithography / self-assembly
研究開始時の研究の概要

To develop ultra-small photonic integrated circuits for next-generation computing, the realization of a subwavelength nanolaser on-a-chip is a key challenge.
In contrast to conventional nanolasers based on nanowires, we demonstrate a 2D-/quantum dot-perovskite plasmonic nanolaser on-a-chip without needing to transfer nanowire lasers. The 2D-/QD-perovskites have been demonstrated for their high exciton binding energy and can be spin-coated on any substrate, which is very different from other gain materials requiring specialized growth technique and lattice-matched substrates.

研究成果の概要

ペロブスカイトは、小型レーザーなどの光集積デバイスにおいて有望な材料です。既存のペロブスカイトレーザーは、CVDや溶液成長などの方法で成長されますが、基板上での正確なパターン化ができず、実用的な応用が制限されています。
本研究では、ペロブスカイト量子ドットを基にしたレーザーアレイを実現するための自己修復リソグラフィパターニング技術を開発しました。この技術は標準の半導体プロセスと互換性があり、ペロブスカイトを用いた高品質で大面積かつ高結晶性、サイズ制御が正確なレーザーの実現が可能です。本研究は、ペロブスカイトを基盤としたナノフォトニクスの進歩に新たな可能性をもたらすものです。

研究成果の学術的意義や社会的意義

The work presents a general technique for realizing nano/microstructures based on perovskite quantum dots. It combines the benefits of crystalization and top-down fabrication, and shows the potential to open up new opportunities for the development of integrated perovskite devices in the industry.

報告書

(4件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (29件)

すべて 2023 2022 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 11件、 査読あり 11件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 6件、 招待講演 2件) 備考 (7件)

  • [国際共同研究] 国立台湾大学/中央研究院/国立陽明交通大学(台湾)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] 国立台湾大学/中央研究院(台湾)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] Seoul National University(韓国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] National Taiwan University/Academia Sinica/National Taiwan Normal University(台湾)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] CsPbBr<sub>3</sub> nanocrystals plasmonic distributed Bragg reflector waveguide laser2023

    • 著者名/発表者名
      Ahmad Kamal Ahmad Syazwan、Lin Cheng-Chieh、Wang Zhiyu、Xing Di、Lee Yang-Chun、Chen Mu-Hsin、Ho Ya-Lun、Chen Chun-Wei、Delaunay Jean-Jacques
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 122 号: 7 ページ: 071104-071104

    • DOI

      10.1063/5.0128232

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] GaN Ultraviolet Laser based on Bound States in the Continuum (BIC)2023

    • 著者名/発表者名
      Chen Mu‐Hsin、Xing Di、Su Vin‐Cent、Lee Yang‐Chun、Ho Ya‐Lun、Delaunay Jean‐Jacques
    • 雑誌名

      Advanced Optical Materials

      巻: 11 号: 6 ページ: 2201906-2201906

    • DOI

      10.1002/adom.202201906

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Ligand Engineering and Recrystallization of Perovskite Quantum‐Dot Thin Film for Low‐Threshold Plasmonic Lattice Laser2022

    • 著者名/発表者名
      Xing Di、Lin Cheng‐Chieh、Ho Ya‐Lun、Lee Yang‐Chun、Chen Mu‐Hsin、Lin Bo‐Wei、Chen Chun‐Wei、Delaunay Jean‐Jacques
    • 雑誌名

      Small

      巻: 18 号: 44 ページ: 2204070-2204070

    • DOI

      10.1002/smll.202204070

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Integration of on-chip perovskite nanocrystal laser and long-range surface plasmon polariton waveguide with etching-free process2022

    • 著者名/発表者名
      Lin Hsin-Chang、Lee Yang-Chun、Lin Cheng-Chieh、Ho Ya-Lun、Xing Di、Chen Mu-Hsin、Lin Bo-Wei、Chen Li-Yin、Chen Chun-Wei、Delaunay Jean-Jacques
    • 雑誌名

      Nanoscale

      巻: 14 号: 28 ページ: 10075-10081

    • DOI

      10.1039/d2nr01611g

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Near-Zero-Index Slabs on Bloch Surface Wave Platform for Long-Range Directional Couplers and Optical Logic Gates2022

    • 著者名/発表者名
      Deng Chih-Zong、Ho Ya-Lun、Yamahara Hiroyasu、Tabata Hitoshi、Delaunay Jean-Jacques
    • 雑誌名

      ACS Nano

      巻: 16 号: 2 ページ: 2224-2232

    • DOI

      10.1021/acsnano.1c08318

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Aluminum-black silicon plasmonic nano-eggs structure for deep-UV surface-enhanced resonance Raman spectroscopy2022

    • 著者名/発表者名
      Lin Bo-Wei、Tai Yi-Hsin、Lee Yang-Chun、Xing Di、Lin Hsin-Chang、Yamahara Hiroyasu、Ho Ya-Lun、Tabata Hitoshi、Daiguji Hirofumi、Delaunay Jean-Jacques
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 120 号: 5 ページ: 051102-051102

    • DOI

      10.1063/5.0084907

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Lithographic in-mold patterning for CsPbBr<sub>3</sub> nanocrystals distributed Bragg reflector single-mode laser2021

    • 著者名/発表者名
      Ahmad Kamal Ahmad Syazwan、Lin Cheng-Chieh、Xing Di、Lee Yang-Chun、Wang Zhiyu、Chen Mu-Hsin、Ho Ya-Lun、Chen Chun-Wei、Delaunay Jean-Jacques
    • 雑誌名

      Nanoscale

      巻: 13 号: 37 ページ: 15830-15836

    • DOI

      10.1039/d1nr04543a

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Metallic Nanowire Coupled CsPbBr3 Quantum Dots Plasmonic Nanolaser2021

    • 著者名/発表者名
      Xing Di、Lin Cheng‐Chieh、Won Phillip、Xiang Rong、Chen Tzu‐Pei、Kamal A. Syazwan A.、Lee Yang‐Chun、Ho Ya‐Lun、Maruyama Shigeo、Ko Seung Hwan、Chen Chun‐Wei、Delaunay Jean‐Jacques
    • 雑誌名

      Advanced Functional Materials

      巻: 31 号: 28 ページ: 2102375-2102375

    • DOI

      10.1002/adfm.202102375

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Self-Patterned CsPbBr3 Nanocrystal Based Plasmonic Hot-Carrier Photodetector at Telecommunications Wavelengths2021

    • 著者名/発表者名
      Wang, Z.; Lin, C.-C.; Ho, Y.-L.; Xiang, R.; Maruyama, S.; Chen, C.-W. Delaunay, J.-J.
    • 雑誌名

      Advanced Optical Materials

      巻: 9 号: 24 ページ: 2101474-2101474

    • DOI

      10.1002/adom.202101474

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] High‐Q and Tailorable Fano Resonances in a One‐Dimensional Metal‐Optical Tamm State Structure: From a Narrowband Perfect Absorber to a Narrowband Perfect Reflector2021

    • 著者名/発表者名
      Wang Zhiyu、Ho Ya‐Lun、Cao Tun、Yatsui Takashi、Delaunay Jean‐Jacques
    • 雑誌名

      Advanced Functional Materials

      巻: - 号: 26 ページ: 2102183-2102183

    • DOI

      10.1002/adfm.202102183

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Self‐Healing Lithographic Patterning of Perovskite Nanocrystals for Large‐Area Single‐Mode Laser Array2020

    • 著者名/発表者名
      Xing Di、Lin Cheng‐Chieh、Ho Ya‐Lun、Kamal A. Syazwan A.、Wang I‐Ta、Chen Chia‐Chun、Wen Cheng‐Yen、Chen Chun‐Wei、Delaunay Jean‐Jacques
    • 雑誌名

      Advanced Functional Materials

      巻: 31 号: 1 ページ: 2006283-2006283

    • DOI

      10.1002/adfm.202006283

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Integrated on-chip nanolasers based on solution-processed perovskite quantum dots2022

    • 著者名/発表者名
      Ya-Lun Ho
    • 学会等名
      IEEE NEMS 2022, International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Low threshold plasmonic lattice laser based on CsPbBr3 quantum dots with directional emission2022

    • 著者名/発表者名
      Mu-Hsin Chen
    • 学会等名
      JSAP-OSA Joint Symposia, 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] On-Chip Perovskite Nanocrystal Laser Integrated with Long-Range Surface Plasmon Polariton Waveguide by Etching-Free Lithographic Patterning2022

    • 著者名/発表者名
      Yang-Chun Lee
    • 学会等名
      JSAP-OSA Joint Symposia, 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Facile fabrication of Aluminum-black silicon nano-eggs structure over large area for deep-UV surface-enhanced resonance Raman spectroscopy2022

    • 著者名/発表者名
      Bo-Wei Lin
    • 学会等名
      JSAP-OSA Joint Symposia, 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Self-Healing and In-Mold Patterning for Perovskite Nanocrystal Lasers2021

    • 著者名/発表者名
      Ya-Lun Ho
    • 学会等名
      IEDMS 2021, International Electron Devices & Materials Symposium, 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書 2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Plasmonic Nanolaser by Silver Nanowire Embedded in CsPbBr3 Quantum Dots2021

    • 著者名/発表者名
      Di Xing
    • 学会等名
      JSAP-OSA Joint Symposia
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Ligand Engineering and Self-Assemble Recrystallization of Perovskite Nanocrystals for High-Quality Patterning and Single-Mode Lasing2021

    • 著者名/発表者名
      Xing Di、Lin Cheng‐Chieh、Ho Ya‐Lun、Kamal A. Syazwan A.、Wang I‐Ta、Chen Chia‐Chun、Wen Cheng‐Yen、Chen Chun‐Wei、Delaunay Jean‐Jacques
    • 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 実績報告書
  • [備考] Researchmap-Ya-Lun HO

    • URL

      https://researchmap.jp/yalunho/

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書
  • [備考] Personal website-Ya-Lun HO

    • URL

      https://sites.google.com/site/utyalunho

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書
  • [備考] Personal Website (Ya-Lun HO)

    • URL

      https://sites.google.com/site/utyalunho/research

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] Google Scholar (Ya-Lun HO)

    • URL

      https://scholar.google.com/citations?user=4r-hkooAAAAJ&hl=en

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] Researchmap (Ya-Lun HO)

    • URL

      https://researchmap.jp/yalunho

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] ORCiD (Ya-Lun HO)

    • URL

      https://orcid.org/0000-0001-8274-5978

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] Scopus (Ya-Lun HO)

    • URL

      https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=55601449300

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2024-01-30  

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