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架橋カーボンナノチューブにおける励起子ダイナミクス

公募研究

研究領域半導体における動的相関電子系の光科学
研究課題/領域番号 23104704
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関東京大学

研究代表者

加藤 雄一郎  東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60451788)

研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2013-03-31
研究課題ステータス 完了 (2012年度)
配分額 *注記
6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
2012年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2011年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
キーワードナノチューブ・フラーレン / 光物性 / 物性実験
研究実績の概要

2012年度は引き続き表面が清浄で励起子の本来の輸送特性を示すことが期待される架橋カーボンナノチューブを用いて、その励起子拡散長の系統的な測定に取り組んだ。まず、単一のナノチューブに対して励起スペクトルを取得し、励起および発光共鳴エネルギーを計測することによりカイラリティを特定する。偏光分光により、カーボンナノチューブの方位を測定し、その架橋長さを精密に決定した上で、長さの関数として発光強度を調査する。このようにして得たデータを、シミュレーションと比較することにより拡散長を測定する。定常状態における一次元拡散方程式の解を、拡散長およびカーボンナノチューブの架橋長さの関数として数値的に解くことにより励起子密度分布を求め、架橋長さに対する発光強度を計算する。計算結果と実験データを比較し、拡散長をパラメータとしてフィッティングを行って拡散長を推定する。
このような測定を多くのカイラリティに対して行うためには、大量のデータ収集が必要となるため、数ミリメートルの測定範囲を走査できる自動ステージを導入し、レーザー波長・強度・偏光を自動制御するシステムを構築した。輝度の高いナノチューブの位置座標を記録し、励起分光とカイラリティ同定、偏光分光、蛍光画像取得、励起強度依存性の測定といった一連の計測をほぼ自動化した。これにより、100本を超えるナノチューブの計測を実現し、カイラリティによって拡散長が大きく異なることを明らかにした。

また、励起子-励起子消滅過程の影響を調査するため、様々な架橋幅のナノチューブに対して励起強度依存性のデータを収集した。シミュレーションにも励起子-励起子消滅過程の効果を導入するため、モンテカルロ計算を行い、励起強度および架橋長さに関する依存性を同時に説明するためのモデルを構築した。

現在までの達成度 (段落)

24年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

24年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2012 実績報告書
  • 2011 実績報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2013 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (16件) (うち招待講演 1件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Optical control of individual carbon nanotube light emitters by spectral double resonance in silicon microdisk resonators2013

    • 著者名/発表者名
      S. Imamura, R. Watahiki, R. Miura, T.Shimada, Y. K. Kato
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett.

      巻: 102 号: 16 ページ: 161102-161102

    • DOI

      10.1063/1.4802930

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Enhancement of carbon nanotube photoluminescence by photonic crystal nanocavities2012

    • 著者名/発表者名
      R. Watahiki, T. Shimada, P. Zhao, S.Chiashi, S. Iwamoto, Y. Arakawa, S. Maruyama, Y. K. Kato
    • 雑誌名

      Appl.Phys. Lett

      巻: 101 号: 14 ページ: 141124-141124

    • DOI

      10.1063/1.4757876

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Gate-induced blueshift and quenching of photoluminescence insuspended single-walled carbon nanotubes2011

    • 著者名/発表者名
      S. Yasukochi, T. Murai, S. Moritsubo, T.Shimada, S. Chiashi, S. Maruyama, Y. K. Kato
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 84 号: 12

    • DOI

      10.1103/physrevb.84.121409

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Chirality dependence of exciton diffusion in air-suspended single-walled carbon nanotubes2013

    • 著者名/発表者名
      A. Ishii, A. Yokoyama, M. Yoshida, T. Shimada, Y. K. Kato
    • 学会等名
      March Meeting of the American Physical Society
    • 発表場所
      Baltimore, Maryland, USA
    • 年月日
      2013-03-21
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Optical coupling of air-suspended carbon nanotubes to silicon microdisk resonators2013

    • 著者名/発表者名
      S. Imamura, R. Watahiki, R. Miura, T. Shimada, Y. K. Kato
    • 学会等名
      March Meeting of the American Physical Society
    • 発表場所
      Baltimore, Maryland, USA
    • 年月日
      2013-03-21
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Effects of longitudinal electric fields on carbon nanotube photoluminescence2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Kumamoto, M. Yoshida, A. Yokoyama, S. Yasukochi, Y. K. Kato
    • 学会等名
      March Meeting of the American Physical Society
    • 発表場所
      Baltimore, Maryland, USA
    • 年月日
      2013-03-21
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Enhancement of photoluminescence from single-walled carbon nanotubes by photonic crystal nanocavities2013

    • 著者名/発表者名
      R. Watahiki, T. Shimada, P. Zhao, S. Chiashi, S. Iwamoto, Y. Arakawa, S. Maruyama, Y. K. Kato
    • 学会等名
      The 44th Fullerenes-Nanotubes-Graphene General Symposium
    • 発表場所
      The University of Tokyo, Tokyo, Japan
    • 年月日
      2013-03-13
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Chirality dependence of exciton diffusion in air-suspended single-walled carbon nanotubes2013

    • 著者名/発表者名
      A. Ishii, A. Yokoyama, M. Yoshida, T. Shimada, Y. K. Kato
    • 学会等名
      The 44th Fullerenes-Nanotubes-Graphene General Symposium
    • 発表場所
      The University of Tokyo, Tokyo, Japan
    • 年月日
      2013-03-12
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Observation of circular dichroism in individual air-suspended single-walled carbon nanotubes2013

    • 著者名/発表者名
      A. Yokoyama, A. Ishii, M. Yoshida, Y. K. Kato
    • 学会等名
      The 44th Fullerenes-Nanotubes-Graphene General Symposium
    • 発表場所
      The University of Tokyo, Tokyo, Japan
    • 年月日
      2013-03-11
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Optical coupling of air-suspended carbon nanotubes to silicon microdisk2013

    • 著者名/発表者名
      S. Imamura, R. Watahiki, R. Miura, Y. K. Kato
    • 学会等名
      The 44th Fullerenes-Nanotubes-Graphene General Symposium
    • 発表場所
      The University of Tokyo, Tokyo, Japan
    • 年月日
      2013-03-11
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Exciton dynamics in individual air-suspended single-walled carbon nanotubes2012

    • 著者名/発表者名
      Y. K. Kato
    • 学会等名
      The DYCE International Workshop
    • 発表場所
      Kussharo, Japan
    • 年月日
      2012-08-10
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Electron spins in nonmagnetic semiconductors2012

    • 著者名/発表者名
      Y. K. Kato
    • 学会等名
      7th International Conference on Physics and Applications of Spin-related Phenomena in Semiconductors (PASPS 7)
    • 発表場所
      Eindhoven, Netherlands
    • 年月日
      2012-08-05
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Exciton dynamics in individual air-suspended single-walled carbon nanotubes2012

    • 著者名/発表者名
      Y. K. Kato
    • 学会等名
      GMSI International Workshop on Carbon Nanotubes and Graphene
    • 発表場所
      The University of Tokyo, Tokyo, Japan
    • 年月日
      2012-06-15
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [学会発表] Circular dichroism in air-suspended single-walled carbon nanotubes2012

    • 著者名/発表者名
      A.Yokoyama, A.Ishii, M.Yoshida, T.Shimada, Y.K.Kato
    • 学会等名
      March Meeting of the American Physical Society
    • 発表場所
      Boston, Massachusetts, USA
    • 年月日
      2012-03-01
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Photoluminescence from suspended individual 13C-enriched nanotubes2012

    • 著者名/発表者名
      T.Shimada, A.Yokoyama, A.Ishii, J.Shiomi, S.Maruyama, Y.K.Kato
    • 学会等名
      March Meeting of the American Physical Society
    • 発表場所
      Boston, Massachusetts, USA
    • 年月日
      2012-03-01
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Exciton diffusion in air-suspended (9,8) carbon nanotubes2011

    • 著者名/発表者名
      S.Moritsubo, T.Murai, T.Shimada, Y.Murakami, S.Chiashi, S.Maruyama, Y.K.Kato
    • 学会等名
      第72回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      山形
    • 年月日
      2011-08-29
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Gate-Induced Blueshift and Quenching of Photoluminescence in Suspended Single-Walled Carbon Nanotubes2011

    • 著者名/発表者名
      S.Yasukochi, T.Murai, T.Shimada, S.Chiashi, S.Maruyama, Y.K.Kato
    • 学会等名
      International Workshop on Metrology, Standardization and Industrial Quality of Graphene and Nanotubes (MSIGN11)
    • 発表場所
      Cambridge, UK
    • 年月日
      2011-07-15
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Gate-Induced Blueshift and Quenching of Photoluminescence in Suspended Single-Walled Carbon Nanotubes2011

    • 著者名/発表者名
      S.Yasukochi, T.Murai, T.Shimada, S.Chiashi, S.Maruyama, Y.K.Kato
    • 学会等名
      12th International Conference on the Science and Application of Nanotubes (NT11)
    • 発表場所
      Cambridge, UK
    • 年月日
      2011-07-11
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Exciton diffusion in air-suspended (9,8) carbon nanotubes2011

    • 著者名/発表者名
      S.Moritsubo, T.Murai, T.Shimada, Y.Murakami, S.Chiashi, S.Maruyama, Y.K.Kato
    • 学会等名
      4th Workshop on Nanotube Optics and Nanospectroscopy (WONTON11)
    • 発表場所
      Bordeaux, France
    • 年月日
      2011-05-29
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [備考] 東京大学 工学系研究科 総合研究機構 加藤研究室

    • URL

      http://ykkato.t.u-tokyo.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://ykkato.t.u-tokyo.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書

URL: 

公開日: 2011-04-06   更新日: 2018-03-28  

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