| 研究課題/領域番号 |
20K14385
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分13020:半導体、光物性および原子物理関連
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
田原 弘量 京都大学, 白眉センター, 特定准教授 (20765276)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 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: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2020年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
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| キーワード | 光物性 / エキシトン / ナノ粒子 / 量子ドット / 光電流 / 光電変換 / コヒーレント制御 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
半導体ナノ粒子は太陽電池や発光ダイオードなどの光電デバイスへの応用が期待されている材料であり、基礎的な物性挙動の理解が望まれている。本研究では、半導体ナノ粒子のマルチエキシトン状態（複数の電子と正孔を内包する量子状態）と光電流生成過程の解明を目的として、高感度の光電流コヒーレント分光法を開発する。多数のナノ粒子を近接させたナノ粒子薄膜を作製し、マルチエキシトン由来の光電流を計測することで光電変換過程を解明する。さらに、レーザーパルス光の位相制御技術を利用することで、マルチエキシトンを介した非線形電流制御を実現させる。
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| 研究成果の概要 |
半導体ナノ粒子中の量子状態を光電流検出において精密に計測するために、高感度光電流コヒーレント分光法を開発した。ナノ粒子の表面化学処理によってナノ粒子同士を結合させたナノ粒子結合膜を作製し、ナノ粒子結合膜における光電流コヒーレント分光を行った。エキシトン準位をレーザーパルスによって共鳴励起することで、マルチエキシトンによる高調波コヒーレンスを観測した。結合ナノ粒子と非結合ナノ粒子のコヒーレント信号を比較することで、結合ナノ粒子では信号振幅が大幅に増大していることを発見した。この増大現象は、ナノ粒子同士を結合させることで生まれる量子協力効果によるものであることを明らかにした。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
半導体ナノ粒子は太陽電池や発光ダイオードなどの光電デバイスへの応用が期待されている材料であり、基礎的な物性挙動の理解が望まれている。本研究では、半導体ナノ粒子のマルチエキシトン状態（複数の電子と正孔を内包する量子状態）と光電流生成過程の解明を目的として、高感度の光電流コヒーレント分光法を開発した。多数のナノ粒子を近接させたナノ粒子薄膜を作製することで、集団のナノ粒子が協力的に信号を強める量子協力効果を発現させることに成功した。この現象はナノ粒子の光電変換過程における信号を増大させるため、新しいメカニズムを明らかにした本研究は光センサーなどの光電デバイスの性能向上につながる重要な成果である。
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