| 研究課題/領域番号 |
20K21004
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分21:電気電子工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 神戸大学 |
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研究代表者 |
喜多 隆 神戸大学, 工学研究科, 教授 (10221186)
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| 研究分担者 |
原田 幸弘 神戸大学, 工学研究科, 助教 (10554355)
朝日 重雄 神戸大学, 工学研究科, 助教 (60782729)
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| 研究期間 (年度) |
2020-07-30 – 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 |
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2021年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2020年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
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| キーワード | 赤外線センサー / バンド内光学遷移 / 量子ナノ構造 / 量子ドット / バンド内遷移 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
量子ドットとヘテロ界面を融合した量子ナノ構造におけるバンド内光学遷移エンジニアリングは物理的に新しく、量子ドット形状による光学遷移選択の制御が可能になる。また、電子を満たした量子ドットに表面プラズモンが局在して励起されると、半導体ナノ粒子では一般に近赤外および中赤外領域で共鳴的に大きな分極が誘起されるので、赤外光に高感度に応答する。大きなバンドギャップの半導体を利用できるので熱励起キャリアの生成を抑制しつつ赤外光吸収を同時に実現できるため、室温で動作する超高感度な量子型赤外光センシングを実現できる。
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| 研究成果の概要 |
本研究では量子ドットとヘテロ界面を融合した量子ナノ構造を有する新しい赤外光センシングデバイスを開発した。このデバイスはヘテロ界面における高効率なバンド内光学遷移エンジニアリングを原理として駆動しており、量子ドット形状による光増感が特徴である。開発したデバイスはAl0.3Ga0.7As/GaAsヘテロ界面にInAs量子ドットを挿入した構造で、ヘテロ界面に蓄積される電子が赤外光で励起されて光電流を生じる量子型デバイスである。赤外光センシングは量子ドットによって顕著に増強した。理論計算により、量子ドット界面に局在する強いプラズモンモードによって赤外光の電場が増強していることが明らかになった。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究はバンド内光学遷移のエンジニアリングを通じた新しい原理で動作する量子型高効率赤外線センサーである。量子ドットを内包するシンプルなヘテロ構造でありながら室温において市販されているフォトセンサーの光検出能を凌駕することが明らかになり、新しい超高感度量子型赤外線センサーに波及する。また、バンド内光学遷移のエンジニアリングは常温動作する高感度な量子型赤外線センシングを含む未踏の赤外波長領域の光センシングデバイス実現につながる根本であり、近赤外域からテラヘルツ波長帯にまで及ぶ光センシングへの波及効果も予想され、社会的意義も大きい。
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