研究課題
基盤研究(C)
半導体ナノ粒子と金属ナノ粒子との相互作用についてラマン散乱および発光測定から研究した。まず、半導体ナノ粒子のラマン散乱スペクトルの解析方法について検討した。ラマン散乱のスペクトル形状を波数選択則の緩和を考慮したフォノン閉じ込めモデルを用いて計算した。実験に用いた半導体ナノ粒子は、閃亜鉛鉱型もしくはウルツ鉱型のいずれかの結晶構造をとる可能性がある。それぞれの結晶構造のフォノン分散曲線を用いて計算したラマンスペクトル形状は、結晶構造の違いによって大きく異なることがわかった。実際に測定したラマン散乱スペクトルを上述の方法で解析したところ、結晶構造がウルツ鉱型であることが示された。透過電子顕微鏡観察からもウルツ鉱型であることが確認でき、ラマン散乱測定により半導体ナノ粒子の結晶構造を決定できることを示した。次に、配列した金属・半導体ナノ粒子の単層膜を作製した。半導体ナノ粒子数密度の異なる試料を作製した。試料を透過電子顕微鏡により観察し、最密充填した単層膜が作製できたことを確認した。ラマン散乱強度と発光強度を同一場所で同時に測定できるよう実験システムを構築した。本構築システムにより、発光強度とラマン散乱強度のナノ粒子数密度依存性を系統的に測定できるようになつた。発光強度は半導体ナノ粒子数密度の減少とともに急激に減少したのに対し、ラマン散乱強度は若干の増加が観測され、全く逆の傾向を示すことを発見した。時間分解発光測定より、金ナノ粒子が入ると新たなエネルギー移動過程が起きることが示された。試料を六方最密充填した単層膜と仮定し、ラマン散乱実験から得られた電場増大度と時間分解測定で得られたエネルギー移動確率を考慮したモデル計算により、発光強度の数密度依存性が説明できた。この研究成果は、金属プラズモンが近接する物質の光学特性に及ぼす影響の全容解明に向けて新しい手がかりを提供した。
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