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2013 年度 実績報告書

相変化マスクを用いた近赤外半導体ナノイメージング分光法と量子状態制御法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 23360141
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

斎木 敏治  慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (70261196)

研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2014-03-31
キーワード量子ドット / 相変化材料 / 近接場光学 / 応力光学
研究概要

カルコゲナイド相変化材料薄膜を光学マスクとした高分解能近赤外ナノ分光法の開発に継続して取り組んだ。高光透過性を有するアモルファス化領域を開口として機能させ、空間分解分光をおこなう。観察対象としては1.3~1.5umにて発光するInAs/InP量子ドットを用意し、その上に相変化薄膜を成膜した。これまで相変化膜としてGeSbTeを使用してきたが、新たにGeTeを導入し、アモルファス化条件の最適化を行った。GeTeの方が結晶化、アモルファス化が容易であり、また相変化閾値が明瞭であるため、アモルファス化領域の微小化に有効であることが明らかとなった。また、さらなる開口の微小化のために、ドーナツ状スポットによる再結晶化法と組み合わせることを試みた。通常のアモルファス化の後に、フルエンスを抑えたアジマス偏光ビームを照射することにより、アモルファス化領域の外周部を結晶化し、開口径を半分以下にすることができた。
相変化時の体積変化にともなう応力印加を利用した量子ドット発光エネルギー制御法の高度化に継続して取り組んだ。こちらの実験においてもGeTe膜を導入し、複数パルス照射によるアモルファス化・結晶化によって、段階的かつ可逆的な発光ピークシフトを確認した。相変化にともなう体積変化がGeSbTeよりも大きいため、各ドットのピークシフト量の平均値として大きな値が得られた。最大エネルギーシフト量は3meV程度であった。また、アモルファス化領域と量子ドットの相対位置とシフト方向・シフト量の関係を系統的に調査した。アモルファス化領域直下ではアモルファス化量に比例してレッドシフトを示し、アモルファス化領域周辺部ではブルーシフトを示すことを見出した。この結果は応力分布シミュレーションと良く一致している。

現在までの達成度 (区分)
理由

25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

25年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (26件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (23件) (うち招待講演 6件)

  • [雑誌論文] Near-infrared nano-spectroscopy and emission energy control of semiconductor quantum dots using a phase-change material2013

    • 著者名/発表者名
      N. Tsumori, M. Takahashi, Nurrul Syafawati Humam, P. Regreny, M. Gendry, and T. Saiki
    • 雑誌名

      J. Phys. : Conf. Series

      巻: 471 ページ: 012007/1-8

    • DOI

      10.1088/1742-6596/471/1/012007

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dependence of Switching Characteristics of GeTe/Sb2Te3 Superlattice Phase Change Materials on Electric Pulse Width and Optical Polarization Direction2013

    • 著者名/発表者名
      T. Shintani and T. Saiki
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 6 ページ: 111401/1-4

    • DOI

      10.7567/APEX.6.111401

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Switching of localized surface plasmon resonance of gold nanoparticles on a GeSbTe film mediated by nanoscale phase change and modification of surface morphology2013

    • 著者名/発表者名
      T. Hira, T. Homma, T. Uchiyama, K. Kuwamura, and T. Saiki
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 103 ページ: 241101/1-4

    • DOI

      10.1063/1.4841975

    • 査読あり
  • [学会発表] Active nanophotonics using phase change materials and its possible applications to brain-inspired optical memory2014

    • 著者名/発表者名
      T. Saiki
    • 学会等名
      UK-Japan Workshop on Photonics and Metamaterials Research
    • 発表場所
      英国大使館(東京)
    • 年月日
      20140310-20140311
    • 招待講演
  • [学会発表] ドーナツ状結晶化を併用したサブ回折限界アモルファス領域の形成2014

    • 著者名/発表者名
      金澤翔平, 津守伸宏, ヌルーシャファワティビンティフマム, 佐藤悠, 斎木敏治
    • 学会等名
      第14回 レーザー学会東京支部研究会
    • 発表場所
      東海大学高輪キャンパス(東京)
    • 年月日
      20140305-20140305
  • [学会発表] アモルファス/結晶周期構造形成の解明に向けたGeTeにおける結晶化過程の観察2014

    • 著者名/発表者名
      森本悠介, 勝又洋介, 森田貴紀, 新谷俊通, 斎木敏治
    • 学会等名
      第14回 レーザー学会東京支部研究会
    • 発表場所
      東海大学高輪キャンパス(東京)
    • 年月日
      20140305-20140305
  • [学会発表] 相変化材料による金ナノロッドプラズモン共鳴スイッチングの近赤外分光計測2014

    • 著者名/発表者名
      木原雄也, 平敬, 内山貴之, 鍬村健太, 矢渡将, 新谷俊通, 斎木敏治
    • 学会等名
      第14回 レーザー学会東京支部研究会
    • 発表場所
      東海大学高輪キャンパス(東京)
    • 年月日
      20140305-20140305
  • [学会発表] 相変化材料と相互作用するプラズモン粒子系へのセルオートマトン機能の実装2014

    • 著者名/発表者名
      矢渡将, 内山貴之, 鍬村健太, 木原雄也, 平敬, 斎木敏治
    • 学会等名
      第14回 レーザー学会東京支部研究会
    • 発表場所
      東海大学高輪キャンパス(東京)
    • 年月日
      20140305-20140305
  • [学会発表] Improvement of Spatial Resolution of Nano Spectroscopy Imaging using Phase-Change Mask2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Sato, N. Tsumori, Nurrul Syafawari Binti Humam, S. Kanazawa, and T. Saiki
    • 学会等名
      25th Symposium on Phase Change Oriented Science (PCOS 2013)
    • 発表場所
      ホテル瑞鳳(仙台)
    • 年月日
      20131128-20131129
  • [学会発表] Redshifted and Blueshifted Photoluminescence Spectra of InAs/InP Quantum Dots upon Amorphization of Phase Change Material2013

    • 著者名/発表者名
      Nurrul Syafawati Binti Humam, Y. Sato, N. Tsumori, T. Saiki
    • 学会等名
      25th Symposium on Phase Change Oriented Science (PCOS 2013)
    • 発表場所
      ホテル瑞鳳(仙台)
    • 年月日
      20131128-20131129
  • [学会発表] Formation of a crystalline and amorphous periodic structure by femtosecond pulse excitation of GeTe2013

    • 著者名/発表者名
      T. Morita, Y. Katsumata, Y. Morimoto, and T. Saiki
    • 学会等名
      25th Symposium on Phase Change Oriented Science (PCOS 2013)
    • 発表場所
      ホテル瑞鳳(仙台)
    • 年月日
      20131128-20131129
  • [学会発表] High contrast optical switching of localized surface plasmon resonance in a single gold nanosandwich using a GeSbTe film2013

    • 著者名/発表者名
      K. Kuwamura, T. Hira, T. Uchiyama, Y. Kihara, and T. Saiki
    • 学会等名
      25th Symposium on Phase Change Oriented Science (PCOS 2013)
    • 発表場所
      ホテル瑞鳳(仙台)
    • 年月日
      20131128-20131129
  • [学会発表] 相変化光学マスクを用いたInAs量子ドットの局所的な発光エネルギー制御および発光分光2013

    • 著者名/発表者名
      津守伸宏, 高橋 基紀, ヌルーシャファワティビンティフマム, 佐藤悠, 斎木敏治
    • 学会等名
      日本光学会年次学術講演会(OPJ2013)
    • 発表場所
      奈良県新公会堂(奈良)
    • 年月日
      20131112-20131114
  • [学会発表] GeTeにおけるフェムト秒パルス照射による結晶相/アモルファス相周期構造の形成2013

    • 著者名/発表者名
      森田貴紀, 勝又洋介, 北村成章, 森本悠介, 斎木敏治
    • 学会等名
      第74回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      同志社大学京田辺キャンパス(京都)
    • 年月日
      20130916-20130920
  • [学会発表] ナノフォトニクスの複雑性に潜む機能2013

    • 著者名/発表者名
      斎木敏治
    • 学会等名
      第74回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      同志社大学京田辺キャンパス(京都)
    • 年月日
      20130916-20130920
  • [学会発表] 相変化マスク顕微分光の高空間分解能化2013

    • 著者名/発表者名
      佐藤悠, 津守伸宏,ヌルーシャファワティビンティフマム, 金澤翔平, 斎木敏治
    • 学会等名
      第74回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      同志社大学京田辺キャンパス(京都)
    • 年月日
      20130916-20130920
  • [学会発表] 金ナノロッドを用いたナノ領域相変化および検出2013

    • 著者名/発表者名
      平敬, 本間貴士, 内山貴之, 斎木敏治
    • 学会等名
      第74回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      同志社大学京田辺キャンパス(京都)
    • 年月日
      20130916-20130920
  • [学会発表] Two-Dimensional Finite Element Modeling for Stress Analysis of Emission Energy Control of Quantum Dots using Phase Change Material2013

    • 著者名/発表者名
      ヌルーシャファワティビンティフマム, 佐藤悠, 津守伸宏, 斎木敏治
    • 学会等名
      第74回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      同志社大学京田辺キャンパス(京都)
    • 年月日
      20130916-20130920
  • [学会発表] Self-organization of a fringe pattern between amorphous and crystalline phases in GeTe induced by femtosecond laser pulse amorphization2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Katsumata, T. Morita, and T. Saiki
    • 学会等名
      12th European/Phase Change and Ovonics Symposium (E/PCOS2013)
    • 発表場所
      ベルリン(ドイツ)
    • 年月日
      20130908-29130910
  • [学会発表] Electric and Optical Studies on Non-thermal Recording Mechanism of GeTe/Sb2Te3 Superlattice Phase Change Material2013

    • 著者名/発表者名
      T. Shintani and T. Saiki
    • 学会等名
      12th European/Phase Change and Ovonics Symposium (E/PCOS2013)
    • 発表場所
      ベルリン(ドイツ)
    • 年月日
      20130908-20130910
  • [学会発表] Nanophotonic Switching with Chalcogenide Phase Change Materials and its Application to Brain-Inspired Optical Memory2013

    • 著者名/発表者名
      T. Saiki
    • 学会等名
      International Symposium on Optical Memory (ISOM2013)
    • 発表場所
      インチョン(韓国)
    • 年月日
      20130818-20130822
    • 招待講演
  • [学会発表] フェムト秒・ナノスケール相変化がもたらす時空間相関と記憶機能2013

    • 著者名/発表者名
      斎木敏治
    • 学会等名
      ナノフォトニクスシンポジウム・ナノフォトニクスにおける複雑性・多様性と機能
    • 発表場所
      慶應義塾大学(横浜)
    • 年月日
      20130717-20130718
  • [学会発表] Active nanophotonics using phase change materials and its possible applications to neuron-inspired devices2013

    • 著者名/発表者名
      T. Saiki
    • 学会等名
      The 9th Asia-Pacific Conference on Near-field Optics (APNFO2013)
    • 発表場所
      シンガポール(シンガポール)
    • 年月日
      20130703-20130706
    • 招待講演
  • [学会発表] Ultrafast nanoscale optical processes in chalcogenide phase change materials and their application to brain-inspired memory devices2013

    • 著者名/発表者名
      T. Saiki
    • 学会等名
      Fundamentals of Laser Assisted Micro– and Nanotechnologies (FLAMN-13)
    • 発表場所
      サンクトペテルブルク(ロシア)
    • 年月日
      20130624-20130628
    • 招待講演
  • [学会発表] Spectroscopy and Emission Energy Control of Individual InAs Quantum Dots Using a Phase Change Optical Mask2013

    • 著者名/発表者名
      N. Tsumori, M. Takahashi, Nurrul Syafawati Humam, Y. Satoh, and T. Saiki
    • 学会等名
      Collaborative Conference on 3D & Materials Research (CC3DMR 2013)
    • 発表場所
      チェジュ(韓国)
    • 年月日
      20130624-20130628
    • 招待講演
  • [学会発表] Visualization of local perturbation in GaAs quantum dot systems by near‐field optical wavefunction mapping2013

    • 著者名/発表者名
      T. Saiki
    • 学会等名
      18th Microscopy of Semiconducting Materials Meeting (MSMXVIII)
    • 発表場所
      オックスフォード(イギリス)
    • 年月日
      20130407-20130411
    • 招待講演

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公開日: 2015-05-28  

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