| 研究課題/領域番号 |
20H02558
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分28020:ナノ構造物理関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人理化学研究所 |
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研究代表者 |
加藤 雄一郎 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 主任研究員 (60451788)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)
2022年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2021年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2020年度: 8,970千円 (直接経費: 6,900千円、間接経費: 2,070千円)
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| キーワード | ナノ物性 / 光物性 / ナノカーボン物理 / 二次元材料 / ナノ光デバイス / ナノチューブ・グラフェン / ナノ構造物性 / ナノ物性制御 / ナノマイクロ物理 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
単層カーボンナノチューブは、カイラリティを同定することで構造を原子レベルで決定することが可能であり、なおかつデバイスに組み込むことも容易である。そこで、本研究では、原子レベルで構造が分かっている物質を利用することで可能となるナノ工学の新展開を視野に入れ、単層カーボンナノチューブにおける励起子エンジニアリングに取り組む。独自手法であるカイラリティ・オン・デマンド測定を駆使して、励起子の励起・緩和・解離の各過程を制御する手法を実験的に検証し、また、未解明の励起子物性現象を調査し理解することで、さらに新たな制御手法の開拓へとつなげることをねらう。
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| 研究実績の概要 |
2022年度は、引き続き有機分子を利用した励起子ポテンシャルの形成による緩和過程の制御と微小共振器を利用した量子電気力学効果による発光緩和の制御に取り組んだほか、二次元材料とのヘテロ構造を用いた励起手法を実証し、また、電界効果素子による励起子生成手法の開発にも着手した。
有機分子を利用した励起子ポテンシャルの形成については、ヨードベンゼンの蒸気を用いた光化学反応により、合成直後の清浄な架橋カーボンナノチューブを分子修飾する手法を開発した。この手法により、従来の溶液中での反応が困難であった架橋カーボンナノチューブに有機発光中心を導入することが可能となった。
微小共振器による量子電気力学効果を利用した発光緩和の制御では、架橋カーボンナノチューブの明るい励起子について、発光量子効率を求めることに成功した。発光量子効率は励起子の発光緩和と非発光緩和の割合で決まるため、発光緩和を選択的に増強するフォトニック結晶微小共振器と結合し、時間領域とスペクトル領域双方において発光増強量を測定することで発光量子効率が100%に近いことを明らかにした。
二次元材料とのヘテロ構造については、本研究で開発したアントラセン媒介転写法により架橋カーボンナノチューブとセレン化タングステンの異次元ヘテロ構造を作製して調査した。フォトルミネッセンス測定や励起分光により励起子移動が起きていることを明らかにし、さらに、系統的にカーボンナノチューブのバンドエネルギーを変化させたヘテロ構造を調査したところ、バンドエネルギーの不連続性と相対的な配置が判明したほか、バンドエネルギーが一致した際には共鳴的に励起子移動が起きることを見出した。
電界効果素子による励起子生成手法の開発では、分割ゲートを有するデバイスを作製し、励起子をゲート電圧のみによって生成する手法の検証実験に着手した。
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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