| 研究概要 |
化学的に安定な化合物半導体であるCdSの超微粒子を金単結晶の(111)面に固定し,走査型トンネル顕微鏡(STM)による形状観察,およびトンネル分光法(STS)による電子構造解析を個々の超微粒子に対して行うことで量子サイズ効果の高精度な実験的検証を実現した。
CdS超微粒子はAOT-ヘプタン逆ミセル法で調整し,粒子表面に2-アミノエタンチオールと2-メルカプトエタンスルホン酸を1 : 1の割合で吸着させた。TEM観察の結果,得られたCdS超微粒子の平均粒径は2.6nmであった。アニールクエンチ法で金の(111)単結晶表面を用意し,そこに2-アミノエタンチオールを吸着させた。超微粒子の固定は,金表面および超微粒子表面のアミノ基同志をグルタルアルデヒドで架橋して行い,連続したSTM観察に耐える強固な固定が達成できた。超微粒子の固定量すなわち表面密度は架橋時間で制御可能であった。ある1個の超微粒子のサイズをSTMで決定し,STSスペクトルでその粒子のバンドギャップを決定した。幾つかの異なるサイズの超微粒子について同様の計測を行い,粒子サイズとバンドギャップとの関係を系統的に調べた。
実験の結果,粒子サイズが小さいほどバンドギャップが大きいという,いわゆる"量子サイズ効果"が確認でき,さらに,得られたバンドギャップの絶対値が理論値に一致した。半導体超微粒子1個を評価対象とすることで,これまで問題とされてきた粒径分布による曖昧さを排除した定量的・定性的に高精度な計測が本研究で初めて達成された。
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