量子共鳴する動的なマルチ量子センタにおける新規機能の発見・解明と先導的提案

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20K05419
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 金 賢得 京都大学, 理学研究科, 助教 (30378533)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 量子欠陥 / 量子共鳴 / SiVダイヤモンド / NVダイヤモンド

研究実績の概要

外圧は、光電子ナノ材料を理解する上で重要なパラメータの一つである。なぜなら、外圧は、化学的処理を導入することなく、その光特性を変化させるからである。本研究では、シリコン空孔(SiV)ダイヤモンドナノスラブの構造、軌道、光物性、振動ダイナミクスに対する外圧の効果を計算によって明らかにした。0Kの基底状態だけでなく、室温付近の励起状態についても調べた。室温付近の励起状態についても第一原理分子動力学シミュレーションを用いて調べ、室温付近で揺らぐSiVダイヤモンドナノスラブ ナノスラブを直接機械的に加圧し、室温のアンビルセルで発生する実際の外圧を模倣した。その結果、圧縮によってSiVの欠陥構造が収縮し、欠陥の軌道エネルギーが再配列、SiV-SiV励起からナノスラブ-SiV励起への光学遷移の切り替え、SiVとナノスラブ-SiVのハイブリッド化が起こることを見出した。他にも、SiVとナノスラブ炭素(C)軌道の混成、Si原子振動と内部C-C結合振動のスペクトルのブルーシフトと強度の低下。内部C-C結合振動のスペクトルのブルーシフトと強度の弱小化など、振動特性も変化することを確認した。
一方で、吸収、発光、ゼロフォノン線のエネルギーは単調変化せず、7%圧縮以下で極大を示す。特に、吸収エネルギーは、圧縮が大きくなるにつれて0 Kと室温の間でより大きく異なっており、発光エネルギーは、7％圧縮以下で0 KとRTの間で最大の偏差が現れる。これらの変化はすべて機械的圧縮によってのみ引き起こされ、圧縮によって温度効果が異なることが明らかになった。得られた知見は、分割空孔中心を効果的に制御する方法を提供し、圧縮されたナノスケール材料における温度と圧力のナノスケール光学測定のための有望な単一光子源となるだろう。

研究成果

• [雑誌論文] Molecular Sieving of Propyne/Propylene by a Scalable Nanoporous Crystal with Confined Rotational Shutters (2023)
  • 著者名/発表者名: Wan, Jingmeng; Zhou, Hao‐Long; Hyeon‐Deuk, Kim ; Chang, I‐Ya; Huang, Yuhang; Krishna, Rajamani; Duan, Jingui
  • 雑誌名: Angewandte Chemie (International ed.) 巻: 62 ページ: e202316792
  • DOI: 10.1002/anie.202316792
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Identifying high-grade serous ovarian carcinoma-specific extracellular vesicles by polyketone-coated nanowires (2023)
  • 著者名/発表者名: Yokoi,A.; Ukai,M.; Yasui,T.; Inokuma,Y.; Hyeon-Deuk,K.; Matsuzaki,J.; Yoshida,K.; Kitagawa,M.; Chattrairat,K.; Iida,M.; Shimada,T.; Manabe,Y.; Chang,I-Ya; Asano-Inami,E.; Koya,Y.; Nawa,A.; Nakamura,K.; Kiyono,T.; Kato,T.; Hirakawa,A.; Yoshioka,Y.; Ochiya,T.; Hasegawa,T.; Baba,Y.; Yamamoto,Y.; Kajiya, H
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 9 ページ: eade6958
  • DOI: 10.1126/sciadv.ade6958
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Controlling the Structure and Photoproperties of SiV Diamond Nanoslab at Room Temperature by External Pressure for Optical Measurements of Temperature and Pressure (2023)
  • 著者名/発表者名: Chang,I-Ya and Hyeon-Deuk,Kim
  • 雑誌名: ACS Applied Nano Materials 巻: 6 ページ: 9670-9678
  • DOI: 10.1021/acsanm.3c01357
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quasi-Reversible Photoinduced Displacement of Aromatic Ligands from Semiconductor Nanocrystals (2023)
  • 著者名/発表者名: Yoshioka,Daisuke and Yoneda,Yusuke and Chang,I-Ya and Kuramochi,Hikaru and Hyeon-Deuk,Kim and Kobayashi,Yoichi
  • 雑誌名: ACS nano 巻: 17 ページ: 11309-11317
  • DOI: 10.1021/acsnano.2c12578
  • 査読あり / オープンアクセス