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2022 年度 実績報告書

TPCOが自己組織化した低次元キャビティの導入による電流励起有機レーザーの実現

研究課題

研究課題/領域番号 19H02172
研究機関奈良先端科学技術大学院大学

研究代表者

柳 久雄  奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (00220179)

研究分担者 佐々木 史雄  国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 上級主任研究員 (90222009)
山下 兼一  京都工芸繊維大学, 電気電子工学系, 教授 (00346115)
阪東 一毅  静岡大学, 理学部, 准教授 (50344867)
山雄 健史  京都工芸繊維大学, 材料化学系, 教授 (10397606)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2023-03-31
キーワード有機レーザー / TPCO / マイクロキャビティ / ポラリトンレーザー
研究実績の概要

本研究では、TPCO低次元結晶を用いて電流励起下で発振する有機レーザーの実現を目指した。TPCO結晶をパルスレーザーで強励起すると、300 psにも及ぶ時間遅れを伴ったパルス型遅延発光が室温で放射する。この遅延現象は、結晶キャビティ内に閉じ込められたフォトンと励起子の強結合により生成した励起子ポラリトンの緩和過程として解釈される。しかし、なぜ室温において外部共振器をもたないマクロ(~100 μm)な結晶で励起子ポラリトンが形成し、遅延発光が異常なスペクトル分裂を伴って現れることや、非共鳴励起下でラマン散乱の選択的な増幅が見られることなど不明な点が多い。このようなT特異な発光増幅現象を解明することは、電流励起有機レーザーを実現するうえで課題となっている(1)レーザー発振励起閾値エネルギーの低減、(2)電流注入励起子による励起子失活、(3)非発光性の三重項励起子問題を解決する上で重要である。
そこで本研究では、まず(1)について、TPCOのつ高配向単結晶成長の特徴を活かして一低次元ナノワイヤや二次元薄板状結晶の作製し、これらの低次元単結晶が外部共振器を導入することなく光励起下において低励起密度閾値で発振する良質な有機レーザー媒質として機能することを確認した。
次に、(2)の課題に対しては、DBRミラー上にTPCO誘導体蒸着膜を積層したpn接合型のVCSELを作製し、そのELスペクトルの角度分解測定から電流励起下においても生成した励起子と結合した準粒子である励起子ポラリトンを形成していることを明らかにした。
今年度は(3)について、二次元薄板状TPCO単結晶の光励起レーザー発振スペクトルから励起子ポラリトンのエネルギー分散特性を導き、前述した異常なスペクトル分裂を伴った遅延発光増幅現象の起源を明らかにし、三重項励起子問題に関連する知見を得た。

現在までの達成度 (段落)

令和4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

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2022

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (7件)

  • [雑誌論文] Optically pumped lasing in single crystal cavity of thiophene/phenylene co-oligomers grown by improved crystal growth methods in solution phase2022

    • 著者名/発表者名
      Takumi Matsuo, Fumio Sasaki and Hisao Yanagi
    • 雑誌名

      Applied physics Express

      巻: 15 ページ: 051002

    • DOI

      10.35848/1882-0786/ac5e63

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Optically pumped lasing based on vibrationally dressed exciton polaritons in a single-crystal molecular cavity at room temperature2022

    • 著者名/発表者名
      Takumi Matsuo, Hitoshi Mizuno, Kenichi Yamashita, Fumio Sasaki and Hisao Yanagi
    • 雑誌名

      ACS Photonics

      巻: 9 ページ: 2015-2023

    • DOI

      10.1021/acsphotonics.2c00123

    • 査読あり
  • [学会発表] 有機単結晶共振器における分子振動をまとった励起子ポラリトン形成に由来する光励起レーザ発振2022

    • 著者名/発表者名
      松尾匠,上田悠介,水野斎,佐々木史雄,山下兼一,柳久雄
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] 溶液キャスト法による有機半導体微小結晶共振器の pn 接合と EL 発光2022

    • 著者名/発表者名
      佐々木 史雄,松尾匠,高田徳幸,椋橋 奈穂,水野斎,柳久雄
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] シアノ基置換(チオフェン/フェニレン)コオリゴマーを含有するマイクロキャビティの作製とその光学特性2022

    • 著者名/発表者名
      門司悠佑,水野斎,甚上知美,山下兼一,佐々木史雄,柳久雄
    • 学会等名
      第83回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] シアノ基置換(チオフェン/フェニレン)コオリゴマーの結晶多形の光学特性 講2022

    • 著者名/発表者名
      甚上知美,水野斎,佐々木史雄,柳久雄
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] ヘキシル基置換(チオフェン/フェニレン)コオリゴマーの単結晶の作製とその光学特性2022

    • 著者名/発表者名
      菅原拓実,水野 斎,甚上知美,佐々木史雄,柳 久雄
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] シアノ基置換(チオフェン/フェニレン)コオリゴマー単結晶マイクロキャビティの作製とその光学特性2022

    • 著者名/発表者名
      門司悠佑,水野 斎,甚上知美,山下兼一,佐々木史雄,柳久雄
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 溶液キャスト法による有機半導体結晶微小共振器からのEL発光2022

    • 著者名/発表者名
      佐々木史雄,松尾匠,高田徳幸,椋橋奈穂,水野斎,柳久雄
    • 学会等名
      第69回応用物理学会春季学術講演会

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公開日: 2023-12-25  

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