ナノカーボン物質における量子制御とナノカーボン・フォトニクスの開拓

• 研究課題/領域番号: 23340085
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物性Ⅰ
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 松田 一成 京都大学, エネルギー理工学研究所, 教授 (40311435)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 19,890千円 (直接経費: 15,300千円、間接経費: 4,590千円); 2013年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2012年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円); 2011年度: 10,270千円 (直接経費: 7,900千円、間接経費: 2,370千円)
• キーワード: 光物性 / カーボンナノチューブ / グラフェン / 励起子 / 発光効率 / トリオン / グラフェンナノ構造

研究概要

カーボンナノチューブやグラフェンなどのナノカーボン物質は、既存物質にはない特徴を有している。そこで本研究では、ナノカーボン物質を舞台に、その特異な量子状態を観測、新たな機能性・物性の発現を目指して研究を行った。その結果、1）電気化学ドーピングの手法を利用しこれまで観測されていなかった負の荷電励起子（トリオン）が存在すること、2）カーボンナノチューブのトリオンは、空間局在しており0次元的に振る舞っていること、3）従来低いとされてきた発光効率を18倍（18%）まで劇的に高めること、などの研究成果を得た。

研究成果

• [雑誌論文] Brightening of excitons in carbon nanotubes on dimensionality modification (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Miyauchi, M. Iwamura, S. Mouri, T. Kawazoe, M. Ohtsu, and K. Matsuda
  • 雑誌名: Nat. Photonics 巻: 6 ページ: 715-719
  • NAID: 120005439161
  • URL: http://www.nature.com/nphoton/journal/v7/n9/abs/nphoton.2013.179.html
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tunable photoluminescence of monolayer MoS_2 via chemical doping (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Mouri, Y. Miyauchi, and K. Matsuda
  • 雑誌名: Nano Lett 巻: 13 号: 12 ページ: 5944-5948
  • DOI: 10.1021/nl403036h
  • 査読あり
• [雑誌論文] Temperature dependence of photoluminescence spectra in hole-doped single-walled carbon nanotubes: Implications of trion localization (2013)
  • 著者名/発表者名: 毛利真一郎、宮内雄平、松田一成
  • 雑誌名: Physical Revew B 誌 巻: 87巻 号: 4 ページ: 45408-45412
  • DOI: 10.1103/physrevb.87.045408
  • 査読あり
• [雑誌論文] Exploring the origin of blue and ultraviolet fluorescence in graphene oxide (2013)
  • 著者名/発表者名: D. Kozawa, S. Mouri, Y. Miyauchi, and K. Matsuda
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. Lett 巻: 4 号: 12 ページ: 2035-2040
  • DOI: 10.1021/jz400930f
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rapid single-stage separation of micrometer-long and high-purity semiconducting carbon nanotubes by gel filtration (2013)
  • 著者名/発表者名: B. Thendie, Y. Miyata, R. Kitaura, Y. Miyauchi, K. Matsuda, and H. Shinohara
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: 6 ページ: 65101-65101
  • NAID: 10031181984
  • URL: http://apex.jsap.jp/link?APEX/6/065101/
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement Mechanism of the Photovoltaic Conversion Efficiency of Single-Walled Carbon Nanotube/Si Solar Cells by HNO_3 Doping (2013)
  • 著者名/発表者名: F. Wang, D. Kozawa, Y. Miyauchi, K. Hiraoka, S. Mouri, and K. Matsuda
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: 6 ページ: 102301-102301
  • URL: http://apex.jsap.jp/link?APEX/6/102301/
  • 査読あり
• [雑誌論文] Raman spectroscopy investigations of chemically derived zigzag edge graphene nanoribbons (2013)
  • 著者名/発表者名: R. Nishinakagawa, K. Matsuda, T. Arai, A. Sawada, and T. Terashima
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 3 号: 9 ページ: 92111-92111
  • DOI: 10.1063/1.4821281
  • 査読あり
• [雑誌論文] Changing photoluminescence spectra of graphene oxide by centrifugation treatments (2013)
  • 著者名/発表者名: D. Kozawa, Y. Miyauchi, S. Mouri, and K. Matsuda
  • 雑誌名: Phys. Stat. Solid. (c) 巻: 10 号: 11 ページ: 1600-1603
  • DOI: 10.1002/pssc.201300232
  • 査読あり
• [雑誌論文] Brightening of excitons in carbon nanotubes on dimensionality modification (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Miyauchi, M. Iwamura, S. Mouri, T. Kawazoe, M. Ohtsu, and K. Matsuda
  • 雑誌名: Nat. Photonics 巻: 6 ページ: 715-719
  • NAID: 120005439161
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement Mechanism of the Photovoltaic Conversion Efficiency of Single-Walled Carbon Nanotube/Si Solar Cells by HNO3 Doping (2013)
  • 著者名/発表者名: F. Wang, D. Kozawa, Y. Miyauchi, K. Hiraoka, S. Mouri, and K. Matsuda
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: 6 ページ: 162301-162301
  • 査読あり
• [雑誌論文] Suppression of exciton-electron scattering in doped single-walled carbon nanotubes (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Konabe, K. Matsuda, and S. Okada
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett 巻: 109 号: 18 ページ: 187403-187403
  • DOI: 10.1103/physrevlett.109.187403
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of negative and positive trions in theelectrochemically carrier-doped single-walled carbon nanotubes (2012)
  • 著者名/発表者名: パク・ジンスン、平兮 康彦、毛利真一郎、宮内雄平、中島直敏、松田一成
  • 雑誌名: Jounal of AmericanChemical Society 巻: 134巻 号: 35 ページ: 14461-14466
  • DOI: 10.1021/ja304282j
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dispersion-process effects on the photoluminescence quantum yields of single-walled carbon nanotubes dispersed using aromatic polymers (2012)
  • 著者名/発表者名: 毛利真一郎、宮内雄平、松田一成
  • 雑誌名: Jounal of Physical Chemistry C 巻: 116巻 号: 18 ページ: 10282-10286
  • DOI: 10.1021/jp212040y
  • 査読あり
• [雑誌論文] Exciton-hole interactions in hole-doped single-walled carbon nanotubes evaluated by absorption spectral changes (2012)
  • 著者名/発表者名: Shinichiro Mouri
  • 雑誌名: Jounal of Applied Physics 巻: 111 号: 9 ページ: 943091-943093
  • DOI: 10.1063/1.4710532
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analysis of the photovoltaic properties of single-walled carbon nanotube/silicon heterojunction solar cells (2012)
  • 著者名/発表者名: D. Kozawa, K. Hiraoka, Y. Miyauchi, S. Mouri, and K. Matsuda
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: 5 ページ: 42304-42304
  • NAID: 10030592800
  • URL: http://iopscience.iop.org/1882-0786/5/4/042304/
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analysis of the photovoltaic properties of single-walled carbon nanotube/silicon heterojunction solar cells (2012)
  • 著者名/発表者名: Daichi Kozawa, et al
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dispersion-process effects on the photoluminescence quantum yields of single-walled carbon nanotubes dispersed using aromatic polymers (2012)
  • 著者名/発表者名: Shinichiro Mouri, et al
  • 雑誌名: Journal of Physical Chemistry C
  • 査読あり
• [雑誌論文] Raman study on the interlayer interactions and the band structure of bilayer graphene synthesized by alcohol chemical vapor deposition (2011)
  • 著者名/発表者名: Makoto Okano, et al
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 99 号: 15
  • DOI: 10.1063/1.3651325
  • 査読あり
• [学会発表] ナノカーボン物質・単原子層物質の顕微蛍光イメージング・分光 (2013)
  • 著者名/発表者名: 松田一成
  • 学会等名: 第78回表面科学研究会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2013-10-18
• [学会発表] Nano-carbon optics (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Matsuda
  • 学会等名: fundamental physics and application of nano-carbon materials JSAP-MRS Joint Symposia
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2013-09-19
• [学会発表] 酸化グラフェンの青色・紫外発光のメカニズム (2013)
  • 著者名/発表者名: 小澤大知, 宮内雄平, 毛利真一郎, 松田一成
  • 学会等名: 酸化グラフェンシンポジウム
  • 発表場所: 熊本
  • 年月日: 2013-08-06
• [学会発表] Novel excitonic properties of nano-carbon materials studied by advanced optical spectroscopy (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Matsuda
  • 学会等名: The 12th Asia Pacific Physics Conference of APPS (APPC12)
  • 発表場所: Makuhari, Japan
  • 年月日: 2013-07-18
• [学会発表] Excitonic properties of carrier-doped single-walled carbon nanotubes arise from negative and positive trions (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Matsuda
  • 学会等名: Workshop of Nanotube Optics and Nanospectroscopy (WONTON'13)
  • 発表場所: Santa Fe, USA
  • 年月日: 2013-06-19
• [学会発表] Novel optical properties of nano-carbon materials (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Matsuda
  • 学会等名: New Diamond and Nano Carbons Conference 2013 (NDNC2013)
  • 発表場所: Singapore
  • 年月日: 2013-05-23
• [学会発表] Study of negative and positive trions in the electrochemically carrier-doped single-walled carbon nanotubes (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Matsuda, and Y. Miyauchi
  • 学会等名: 223rd The Electrochemical Society (ECS) Meeting
  • 発表場所: Tronto, Canada
  • 年月日: 2013-05-13
• [学会発表] ナノカーボン物質におけるナノ光機能とその応用 (2013)
  • 著者名/発表者名: 松田一成
  • 学会等名: 応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川
  • 年月日: 2013-03-27
• [学会発表] ナノカーボン物質におけるナノ光機能とその応用 (2013)
  • 著者名/発表者名: 松田一成
  • 学会等名: 応用物理学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
  • 招待講演
• [学会発表] ナノカーボン物質のナノ光科学とその応用 (2012)
  • 著者名/発表者名: 松田一成
  • 学会等名: 第2回光科学異分野横断萌芽研究会
  • 発表場所: 岡崎
  • 年月日: 2012-08-06
• [学会発表] ナノカーボン物質のナノ光科学とその応用 (2012)
  • 著者名/発表者名: 松田一成
  • 学会等名: 第2回光科学異分野横断萌芽研究会
  • 発表場所: 岡崎コンファレンスセンター
  • 招待講演
• [学会発表] Study of excitonic properties in carbon nanotubes toward nano-carbon photonics (2011)
  • 著者名/発表者名: Kazunari Matsuda
  • 学会等名: JSPS Japan-France Nano-photonics seminar
  • 発表場所: Toba Hotel International (Mie)(招待講演)
  • 年月日: 2011-11-09
• [学会発表] Novel excitonic properties of carbon nanotubes toward nano-carbon optics (2011)
  • 著者名/発表者名: Kazunari Matsuda
  • 学会等名: 17th Microoptics Conference
  • 発表場所: Sendai International Center (Miyagi)
  • 年月日: 2011-10-31
• [学会発表] Nano-carbon photonics : fudamental physics and application of carbon nanotube (2011)
  • 著者名/発表者名: Kazunari Matsuda
  • 学会等名: JSPS Japan-Germany Nano-photonics seminar
  • 発表場所: Kyoto University (Kyoto)(招待講演)
  • 年月日: 2011-09-26
• [学会発表] ナノカーボン物質の電子物性と光電変換機能 (2011)
  • 著者名/発表者名: 松田一成
  • 学会等名: 第7回有機太陽電池シンポジウム
  • 発表場所: Kyoto University (Kyoto)(招待講演)
  • 年月日: 2011-07-15
• [学会発表] ナノカーボン・フォトニクスに向けて:ナノカーボン物質のナノ光科学 (2011)
  • 著者名/発表者名: 松田一成
  • 学会等名: 平成23年度先端領域若手研究リーダー育成拠点
  • 発表場所: 山科大学サイエンスカフェ(山梨県)(招待講演)
  • 年月日: 2011-07-06
• [学会発表] ナノカーボン物質におけるナノ光科学とその応用 (2011)
  • 著者名/発表者名: 松田一成
  • 学会等名: 北海道大学大学院工学研究院応用物理学部門講演会
  • 発表場所: 北海道大学(北海道)(招待講演)
  • 年月日: 2011-06-11
• [学会発表] ナノカーボン, 単原子層物質の光科学とその応用
  • 著者名/発表者名: 松田一成
  • 学会等名: 日本化学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学（名古屋市）
  • 招待講演
• [学会発表] ナノカーボンの光学特性とその応用
  • 著者名/発表者名: 松田一成
  • 学会等名: 新無機膜研究会第72回研究会
  • 発表場所: 龍谷大学大阪キャンパス（大阪府）
  • 招待講演
• [学会発表] カーボンナノチューブ・ナノグラフェンのナノ光科学とその応用
  • 著者名/発表者名: 松田一成
  • 学会等名: ニューダイアモンドフォーラム研究会
  • 発表場所: 東京大学（東京都）
  • 招待講演
• [学会発表] Nano-carbon optics:fundamental physics and application of nano-carbon materials
  • 著者名/発表者名: K. Matsuda
  • 学会等名: JSAP-MRS Joint Symposia
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 招待講演
• [学会発表] Novel excitonic properties of nano-carbon materials studied by advanced optical spectroscopy
  • 著者名/発表者名: K. Matsuda
  • 学会等名: The 12th Asia Pacific Physics Conference of AAPPS (APPC12)
  • 発表場所: Makuhari, Chiba, Japan
  • 招待講演
• [学会発表] ナノカーボン物質・単原子層物質の顕微蛍光イメージング・分光
  • 著者名/発表者名: 松田一成
  • 学会等名: 第78回表面科学研究会
  • 発表場所: 東京工業大学（東京都)
  • 招待講演
• [学会発表] ナノカーボン, 単原子層物質のナノ光科学とその応用
  • 著者名/発表者名: 松田一成
  • 学会等名: フラーレン・ナノチューブ・グラフェン学会若手研究会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府）
  • 招待講演
• [学会発表] ナノカーボン物質におけるナノ光科学とその応用
  • 著者名/発表者名: 松田一成
  • 学会等名: 九州大学リーディングセミナー
  • 発表場所: 九州大学（福岡県）
  • 招待講演
• [図書] グラフェンナノリボンを用いた赤外光領域におけるプラズモニクス分光研究, トピックス62-4号 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小澤大知, 松田一成
• [図書] カーボンナノチューブの発光効率の向上に成功, 化学 (2013)
  • 著者名/発表者名: 宮内雄平, 松田一成