金属・半導体ヘテロ構造における光トラッピングとエネルギー伝達の解明

2012 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23760277
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 電子・電気材料工学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 松井 裕章 東京大学, 大学院・工学系研究科, 講師 (80397752)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2012
• キーワード: 量子井戸 / 局在プラズモン / ZnO

研究概要

本研究は、超短波パルス光を用いた時空間分光計測を用いて、ZnO系単一量子井戸内の励起子と、金属ナノ構造近傍に共鳴誘起される局在プラズモンとの動的共鳴現象を解明した。量子井戸内の励起子発光の時間分解分光から、量子井戸と金属間のエネルギー移動が観測された。この現象は、量子井戸内の電子・正孔対の再結合過程が、金属ナノ粒子の存在に強く影響されることを示唆する。半導体層(量子井戸)と金属層間のエネルギー共鳴に必要な時定数は、1.2ns-1である。半導体(励起子)と金属(プラズモン)の光相互作用が可能な空間距離は、40nm程度である。

研究成果

• [雑誌論文] Lattice strains and polarized photoluminescence in homoepitaxial growth of a-plane ZnO (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Matsui and H. Tabata
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 101 ページ: 231901(1)-231901(4)
  • DOI: DOI:10.1063/1.4769036
• [雑誌論文] The contribution of quantum confinement to optical anisotropy of a-plane Cd0.06Zn0.94O/ZnO quantum wells (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Matsui and H. Tabata
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 100 ページ: 171910(1)-171910(4)
  • DOI: DOI:10.163/1.4767119
• [雑誌論文] Optical dynamics and energy transfer in a hybrid structure of Cd0.08Zn0.92O quantum wells (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Matsui, W. Nomura, T. Yatsui, M. Ohtsu and H. Tabata
  • 雑誌名: Optics Letters 巻: 36 ページ: 3537-3579
  • DOI: DOI:ID148309
• [雑誌論文] Surface plasmon modes guided by ZnO:Ga layers bounded by different dielectrics (2011)
  • 著者名/発表者名: W. Badalawa, H. Matsui, A. Ikehata and H. Tabata
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 99 ページ: 011913(1)-011913(3)
  • DOI: DOI:10.1063/1.3608313
• [雑誌論文] In-plane polarized light emissions in non-polar m-plane CdxZnO/ZnO quantum wells (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Matsui and H. Tabata
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 99 ページ: 261902(1)-261902(3)
  • DOI: DOI:10.163/1.2603931
• [雑誌論文] Correlation between structural and luminescent properties of Eu3+-doped ZnO epitaxial layers (2011)
  • 著者名/発表者名: W. Badalawa, H. Matsui, T. Osone, N. Hasuike, H. Harima and H. Tabata
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: 109 ページ: 052502(1)-052502(7)
  • DOI: DOI:10.1063/1.4707384
• [雑誌論文] Metallic-based THz biosensing of single- and double-stranded DNA
  • 著者名/発表者名: T. Hasebe, S. Kawabe, H. Matsui and H. Tabata
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: 112 ページ: 094702(1)-094702(6)
  • DOI: DOI:10.163/1.4761966
• [雑誌論文] Heteroepitaxial growth and characterization of ZnO films on Gd3Ga5O12 garnet substrates
  • 著者名/発表者名: Y. Ono, H. Matsui and H. Tabata
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: 112 ページ: 103920(1)-103920(7)
  • DOI: DOI:10.1063/1.4767119
• [学会発表] 酸化物材料のナノフォトニクスの可能性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 松井裕章
  • 学会等名: ナノフォトニクスセミナー
  • 発表場所: 東京大学本郷キャンパス
  • 年月日: 2012-10-18
• [学会発表] Surface plasmons on oxide nanomaterials: control of plasmon resonance via electron doping (2012)
  • 著者名/発表者名: 松井裕章 , 田畑仁
  • 学会等名: 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学
  • 年月日: 2012-09-13
• [学会発表] Polarization and electronic structures controlled oxide quantum wells for optoelectronics (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Matui
  • 学会等名: The 2nd Swedem-Japan Workshop on Nanophotonics and Related Technology
  • 発表場所: Kista, Sweden
  • 年月日: 2012-06-19
• [学会発表] 希薄電子系及び強相関電子系を有する金属伝導酸化物の表面プラズモン波:バイオセンシング応用への展開 (2012)
  • 著者名/発表者名: 松井裕章,Wasanthamala Badalawa,池羽田晶文,田畑仁
  • 学会等名: 第59回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2012-03-30
• [学会発表] Quantum size effects and light polarization from m-plane CdZnO/ZnO quantum wells (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Matsui and H. Tabata
  • 学会等名: Material Research Society (MRS) Fall meeting
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 2011-11-27
• [学会発表] Surface plasmons on functional oxides and mechanoluminescence (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Matsui
  • 学会等名: International Forum on Mechanoluminescence and Novel Structural Health Diagnosis
  • 発表場所: Fukuoka, Japan
  • 年月日: 2011-11-11
• [学会発表] Surface plasmon technology based on oxides for new biosensing platform (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Matsui
  • 学会等名: The 2nd Nanomedicine-2011
  • 発表場所: Shenzhen, China
  • 年月日: 2011-11-04
• [学会発表] Exploitation of sensing applications at dielectric/metallic oxide interface based on transparent oxide plasmonics (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Matsui, W. Badalawa, A. Ikehata, and H. Tabata
  • 学会等名: The 18th International Workshop of Oxide Electronics
  • 発表場所: Napa, USA
  • 年月日: 2011-09-23
• [学会発表] 透明酸化物材料の近赤外プラズモニック機能:ヘテロ構造界面を活かした表面吸収振動分光への展開 (2011)
  • 著者名/発表者名: 松井裕章,Wasanthamala Badalawa,池羽田晶文、蓮池紀幸、播磨弘、田畑仁
  • 学会等名: 第58回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
  • 年月日: 2011-03-24
• [図書] Growth and electro-magneto-optics of oxide quantum well structures based on ZnO (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Matsui and H. Tabata
  • 出版者: Springer Handbook of Nano-Optics(in press)
• [図書] Highly polarized light emissions from oxide quantum nanostructures (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Matsui and H. Tabata
  • 出版者: Nova Science Publisher(in press)