| 研究課題/領域番号 |
20K15130
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| 研究機関 | 学習院大学 |
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研究代表者 |
近藤 崇博 学習院大学, 理学部, 助教 (30760277)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | フォトルミネッセンス / ナノ粒子 / 単一粒子計測 / 蛍光寿命 / 酸化亜鉛 / 水中レーザーアブレーション |
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| 研究実績の概要 |
本研究はフォトルミネッセンス(Photoluminescence, PL)計測により，半導体ナノ粒子と吸着分子との間の光励起キャリア移動について，単一のナノ粒子レベルで明らかにすることを目的とするものである．
ナノ粒子と吸着分子間の現象についての研究に先立って，水中レーザーアブレーション法により作製した酸化亜鉛ナノ粒子のPLスペクトルの計測に取り組んだ．その結果，アブレーションにより合成された角張った粒子は格子欠陥が少なく，球状の粒子は欠陥が多いことを突き止めた．このことは報告されているナノ粒子合成メカニズムと矛盾がなかった．そのほか，励起子ピーク幅と粒子形状との関係や，粒子の凝集効果についての知見を得た．このような情報は凝集した粒子群の平均的な特性評価では得られず，個々の粒子の評価をすることの重要性を示すものである．現在，これらの得られた成果については論文にまとめている．
また，高速時間分解PL分光測定装置を構築し，単一の半導体ナノ粒子のPLシグナルの時間分解計測に取り組んでいる．今後，水分子や有機分子を半導体ナノ粒子に吸着させ，その時の単一の半導体ナノ粒子について高速時間分解PL計測による，PL発光寿命などの計測から光励起キャリア移動の評価を行っていく．
その他，昨年度はイメージング用のCCDカメラを増設した．このカメラの導入以前は10 nm以上程度の粒子しか観測できなかったが，数ナノメートル程度の粒子を観測することができるようになった．このスケールの粒子は量子サイズ効果が顕著になるので，その効果についても今後評価していく．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
当初計画では２年間の期間で研究計画を立てていたが，時間分解測定装置の構築の遅れなどのため一年期間を延ばし３年間の研究に変更した．時間分解計測装置の構築は完了しており，現在，単一ナノ粒子の蛍光寿命の計測を行っている．また，水分子や有機分子などのガス分子導入系の構築を現在行っている．こちらも，時間分解計測と合わせ評価を行っていく．
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| 今後の研究の推進方策 |
今後の研究では，高速時間分解PL計測，およびガス導入系の構築を行いガス分子と半導体ナノ粒子とのキャリア移動について評価を行っていく．まずは，単一の半導体ナノ粒子について蛍光の減衰曲線を得ることを目指す．
以下，各項目に分けて今後の研究の遂行について述べる．(i) 半導体ナノ粒子-吸着分子間のキャリア移動について，PL発光寿命の評価からキャリア密度の時間変化などを明らかにする．(ii) 半導体ナノ粒子のバンド構造(バンドギャップエネルギー，欠陥準位など)を，PLスペクトルから明らかにする．(iii) (i)(ii)の項目を吸着分子種（水分子，有機分子），吸着量を変えて評価することで，ナノ粒子から吸着分子へのキャリア移動の挙動を明らかにする．(iv) 原子間力顕微鏡やX線回折によるナノ粒子のサイズ，形状，結晶性などを評価する．(v) 上記の実験結果と第一原理計算や既存の理論を利用した考察から，ナノ粒子特性とキャリア移動との相関を明らかにする．以上の項目の研究を通して，個々のナノ粒子の特性を明らかにすることで，より高い触媒能を有する半導体ナノ粒子の設計指針などを与える知見を得ていく．また，量子サイズ効果が顕著になる数nm程度のサイズの粒子についても計測を進める．
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