2023 年度研究成果報告書

単層カーボンナノチューブにおける励起子エンジニアリング

研究課題

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研究課題/領域番号	20H02558
研究種目	基盤研究(B)
配分区分	補助金
応募区分	一般
審査区分	小区分28020:ナノ構造物理関連
研究機関	国立研究開発法人理化学研究所
研究代表者	加藤雄一郎国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 主任研究員 (60451788)
研究期間 (年度)	2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード	ナノチューブ・グラフェン / 光物性 / ナノ構造物性 / ナノ物性制御 / ナノマイクロ物理
研究成果の概要	カイラリティを同定したカーボンナノチューブを用いて、励起子の生成や緩和等の諸過程を制御する手法を実験的に検証した。アントラセン媒介転写法を開発してカーボンナノチューブの決定論的デバイス組み込みを実現し、ペンタセン装飾により励起子のエネルギー環境を変調して量子発光の特性改善を実証した。微小光共振器による量子電気力学効果を利用して明るい励起子の発光量子効率を定量的に求めることに成功したほか、気相化学反応を用いた架橋カーボンナノチューブへの量子欠陥導入を実現した。二次元物質との異次元ヘテロ構造を作製し、励起子移動が起きていることを明らかにした。
自由記述の分野	光物性・ナノデバイス物理
研究成果の学術的意義や社会的意義	発光効率の高い架橋カーボンナノチューブにおいて、有機分子を用いた誘電率の局所変調と量子欠陥導入という二つの手法により、励起子発光の制御が可能であることを示せた。さらに、明るい励起子の発光量子効率がほぼ100%であることを明らかにできた。いずれもカーボンナノチューブの量子発光応用に資する成果である。また、カイラリティを同定したカーボンナノチューブと層数を同定した二次元物質による異次元ヘテロ構造の作製に初めて成功し、新たな励起子現象を観測した。原子精度で構造が分かっているナノ物質により構成されるデバイス実現への発展が期待される。