半導体超微粒子の高密度担持と微粒子電子励起状態間のコヒーレント協力現象

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07404014
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 伊藤 正 東北大学, 大学院工学研究科, 教授 (60004503)
• 研究分担者: 枝松 圭一 東北大学, 大学院工学研究科, 助教授 (10193997) ; 萱沼 洋輔 大阪府立大学, 工学部, 教授 (80124569)
• キーワード: 半導体超微粒子 / 量子サイズ効果 / 量子ドット / 顕微分光 / 超高速レーザー分光 / 励起子光物性 / コヒーレント現象 / 非線形光学効果

研究概要

1.イオンビームスパッター法によりCdSe微粒子のシリカガラス膜中への高密度埋め込み、CdSe、ZnSe、ZnO超薄膜作成をを行ない、試料のX線回折、AFM表面構造観測から結晶性を、光吸収端の立ち上がりの鋭さ、位置の変化から結晶欠陥の逓減についての情報を得た。
2.閉じ込め励起子状態の分光学的研究
(1)2光子励起によるピコ秒時間分解測光を行ない、CuCl超微粒子の励起子発光の共鳴散乱とルミネッセンスの強度比のサイズ依存性から量子閉じ込め系に特徴的なノンマルコフ過程の存在の可能性を示した。
(2)CuCl、ZnCdSe量子ドットについて顕微単一微粒子分光を行ない、励起子発光の尖鋭化、明滅現象、光疲労現象の観測に成功した。また、閉じ込め励起子の発光励起スペクトルの微細構造から第2励起状態位置が予想とは大幅に異なることを発見し、縦波励起子類似の効果がP状態に現れる可能性を示した。
(3)ポリマー中の高密度担持CuCl超微粒子の励起子発光の紫外レーザー光照射効果に現れる特異な発光強度増大現象がポーラスシリコンの場合と類似することと、光イオン化、光誘起表面構造変化との関連を示した。
(4)赤外過渡吸収分光によりCuCl微粒子のリュードベリ系列の1S→P励起子状態間遷移エネルギーの微粒子サイズ依存性を調べ、2P励起子状態が励起子閉じ込めモデルからサイズの減少とともに外れる様子を明かにした。一方、閉じ込め励起子の全角運動量S→P状態間遷移のスペクトルの計算を行ない、実験と半定量的に一致すること、CuCl微結晶中の励起子の励起子内部運動の広がりが初めて直接的に観測されることを示した。
3.以上の研究により閉じ込め励起子状態に関する新たな展開が実験理論の両面でもたらされた。微粒子高密度担持の実現により、半導体微粒子間相互作用による励起子のコヒーレント協力現象の今後の研究の発展が期待できる。

研究成果

• [文献書誌] Satoshi Yano: "Dynamics of Excitons and Biexcitons in CuCl Nanocrystals Embedded in NaCl at 2K" Physical Review B. 55. 1667-1672 (1997)
• [文献書誌] Keiichi Edamatsu: "Two-Photon Excitation and Luminescence of Confined Excitons in CuCl Nanocrystals" Journal of Luminescence. 72-74. 329-330 (1997)
• [文献書誌] Bao-Pin Zhang: "Naturally formed ZnCdSe quantum dots on ZnSe(110)surfaces" Applied Physics Letters. 70. 2413-2315 (1997)
• [文献書誌] Bao-Pin Zhang: "Self-Assembled ZnCdSe Quantum Dots on ZnSe(110)surfaces" Applied Physics Letters. 71. 3370-3372 (1997)
• [文献書誌] Keiichi Edamatsu: "Resonant One-and Two-photon Excitation and Microspectroscopy of CuCl Quantum Dots" Nonlinear Optics. 18. 295-302 (1997)
• [文献書誌] Kazuyoshi Yamanaka: "Infrared Transient Absorption of CuCl Nanocrystals under Size-selective Excitation" Nonlinear Optics. 18. 325-328 (1997)
• [文献書誌] Luo Xian Zhang: "Photo-induced change in Exciton Luminescence Spectra of CuCl Nanocrystals Embedded in a Poiymer Matrix" Nonlinear Optics. 18. 341-344 (1997)
• [文献書誌] Bao-PinZhang: "Micro-photoluminescence of ZnCdSe Quantum Dots Formed under Selected Growth Condition" Nonlinear Optics. 18. 303-306 (1997)
• [文献書誌] Bao-PinZhang: "A New Approach to ZnCdSe Quantum Dots" Materials Science and Engineering A. 印刷中. (1997)
• [文献書誌] 伊藤 正: "半導体単一微粒子の光物性と微粒子素子を目指して" レーザー研究. 25. 738-744 (1997)
• [文献書誌] 伊藤 正: "近接場顕微鏡を用いた微小結晶の光物性" 日本分光学会講演要旨集. 1-6 (1997)
• [文献書誌] 山中一克: "CuClナノ結晶における励起子と励起子分子の量子閉じ込め" 微粒子とクラスター懇談会会報. (印刷中). (1998)