量子ビームを用いたメゾスコピック系ナノ材料の構築と超高速光応答素子への応用

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09480096
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 石槫 顕吉 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (90010975)
• 研究分担者: 江馬 一弘 上智大学, 理工学部, 助教授 (40194021) ; 浅井 圭介 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (60231859)
• キーワード: LB膜 / 半導体超微粒子 / イオンビーム / 励起子 / 量子井戸 / メゾスコピック系 / ナソ材料 / 非線形光学特性

研究概要

I)「サイズ量子化された半導体超微粒子へのイオン照射による電子状態変化」
CdS超微粒子をLB膜中に組織化して形成させることに成功し、これを用いて以下のことを明らかにした。a)CdS超微粒子形成反応中の温度調整により、微粒子の粒径制御が可能である。b)上記試料への高エネルギーイオン照射が、CdS超微粒子のbandgap中に存在する準位を、非常に浅い準位を残して殆ど除去し、バンド端発光の量子効率を著しく向上させる。c)定常スペクトルで観測される深い準位からの発光は、donor-acceptor発光に起因するものである。d)高エネルギーイオン照射後のCdSの酸化過程において、sulfur-related defect の安定化と、Cd^0の生成とが起きる。e)光酸化が可能な条件下での、sulfur-related defectとCd^0との共存が、CdSの再生成とsulfur vacancy の形成につながる。
II)「低次元物質における励起子の非線形光学効果」
II-1)自己組織化量子井戸構造:(C_6H_<13>NH_3)_2PbI_4は有機層が無機層を挟むように自己組織的に量子井戸構造を形成する。この物質の励起子非線形を調べたところ以下のことが明らかになった。
a)励起子共鳴において|χ^<(3)>|の値が10^<-6>esuにも及ぶ。b)束縛エネルギーが40meVにも達する室温でも安定な励起子分子が存在する。c)励起子分子だけでなく弱く束縛した2励起子状態が存在し、それが非線形性に寄与している。d)励起子と光学フォノンとの結合が強く、励起子緩和過程にコヒーレントフォノン振動が現れる。
II-2)π共役系ポリマー:構造制御されたポリマーであるP(S)MBETの1次元励起子の非線形光学特性と調べ、その共役長と非線形性の関係、および励起子の緩和過程などを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] S. Seki, Y. Yoshida, S. Tagawa, & K. Asai: "Electronic Structure of Radical Anions and Cations of Polysilanes with Structural Defects"Macromolecules. 32. 1080-1086 (1999)
• [文献書誌] T. Yamaki, H. Fujii, K. Asai, K. Ishigure, & K. Ema: "DFWM Study of Thin Films Containing Surface-modified CdS Nanoparticles"Synthetic Metals. 103. 2690-2691 (1999)
• [文献書誌] Y. Tabuchi, K. Asai, K. Ishigure, M. Rikukawa, & K. Sanui: "Self-Oraganization and Opto-Electrical Priperties of Poly(3-Alkylthiophene) Langmuir-Blodgett Films"Molecular Crystals and Liquid Crystals. 327. 131-134 (1999)
• [文献書誌] S. Kishino, T. Kobayashi, H. Kunugita, K. Ema, K. Ochiai, M. Rikukawa, & K. Sanui: "Spectra of at excitonic resonance in poly( 3-[2-((S)-2-methylbutoxy)ethy1]thiophene)"Nonlinear Optics. 22. 361-364 (1999)
• [文献書誌] J. Ishi, H. Kunugita, K. Ema, K. Tanaka, T. Kondo & R. Ito: "Third-order optical nonlinearity in a self-organized quantum-well material (C_6H_<13>NH_3)_2(CH_3NH_3)Pb_2I_7"Nonlinear Optics. 22. 365-368 (1999)
• [文献書誌] K. Ochiai, M. Rikukawa, K. Sanui, N. Ogata, Y. Ueno, & K. Ema: "Structure and Properties of Chiral Poly(3-substituted thiophene) Langmuir-Blodgett Films"Synthetic Metals. 101. 84-85 (1999)