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2013 年度 実績報告書

ナノ構造半導体のマルチエキシトンの制御と光機能

研究課題

研究課題/領域番号 25247052
研究種目

基盤研究(A)

研究機関京都大学

研究代表者

金光 義彦  京都大学, 化学研究所, 教授 (30185954)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワード光物性 / ナノ材料 / 量子ドット / エキシトン / ナノ粒子 / カーボンナノチューブ
研究概要

ヘテロ構造ナノ粒子、カーボンナノチューブ、ナノリングなど幾何学的構造に特色があるナノ構造半導体の光物性およびマルチエキシトン状態の研究を行った。新しい構造のナノ粒子試料にはサイズや形状の不均一性が存在するため、単一のナノ粒子を選択的に励起し、光学特性を評価する必要がある。そのために、時間相関単一光子計数法を利用した微弱発光検出システムを構築し、単一ナノ粒子の発光強度、発光寿命、発光偏光度などの同時測定および光子相関測定を行った。コア・シェル型ナノ粒子やナノロッド中のナノ粒子の発光を、エキシトン、荷電エキシトン、バイエキシトンによるものに分類することに成功し、発光明滅現象(ブリンキング)の起源を議論した。また、フェムト秒過渡吸収分光法を用いて、正孔をドープした単層カーボンナノチューブにおける荷電エキシトンの生成・緩和ダイナミクスを研究した。ナノチューブに正孔をドープしていくと、エキシトンから荷電エキシトンへの速い緩和と荷電エキシトンの数ピコ秒スケールの再結合が観測された。これらの結果は、ダークエキシトンと荷電エキシトンのエネルギー準位とナノチューブ中の正孔分布を考慮した量子化再結合モデルで説明できることを明らかにした。さらに、サイズの異なるナノリング(シクロパラフェニレン)の時間分解発光測定から、エキシトン寿命を決定した。ナノリングの発光寿命は温度上昇とともに増加するが、これは1 次元リング中のエキシトンの熱分布で上手く説明できることを示した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

時間相関単一光子計数法を基本とした高感度測定システムを構築し、ナノ粒子、カーボンナノチューブ、ナノリングなどの特色ある半導体ナノ構造におけるエキシトン、荷電エキシトン、マルチエキシトンの関与した発光測定に成功した。また、学会発表や論文での成果発表も順調に行うことができた。

今後の研究の推進方策

これまでに構築してきた分光測定システムの改良と低温分光への拡張を行い、幅広い温度での測定を行う。新しいナノ粒子の作製にも挑戦し、マルチエキシトンの解明に挑戦する。

  • 研究成果

    (25件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 9件) 学会発表 (15件) (うち招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Measurement of transient photoabsorption and photocurrent of BiFeO3 thin films: Evidence for long-lived trapped photocarriers2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Yamada, T. Nakamura, S. Yasui, H. Funakubo, Y. Kanemitsu
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 89 ページ: 035133/1-5

    • DOI

      DOI:10.1103/PhysRevB.89.035133

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantized exciton-exciton recombination in undoped and hole-doped single-walled carbon nanotubes2014

    • 著者名/発表者名
      T. Nishihara, Y. Yamada, M. Okano, Y. Kanemitsu
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys.

      巻: 53 ページ: 02BD10/1-5

    • DOI

      DOI:10.7567/JJAP.53.02BD10

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Control of hot-carrier relaxation for realizing ideal quantum-dot intermediate-band solar cells2014

    • 著者名/発表者名
      D. M. Tex, I. Kamiya, Y. Kanemitsu
    • 雑誌名

      Sci. Rep.

      巻: 4 ページ: 4125/1-6

    • DOI

      DOI:10.1038/srep04125

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Microscopic photoluminescence and photocurrent imaging spectroscopy of InAs nanostructures: Identification of photocarrier generation sites for intermediate-band solar cells2014

    • 著者名/発表者名
      D. M. Tex, T. Ihara, I. Kamiya, Y. Kanemitsu
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 89 ページ: 125301/1-8

    • DOI

      DOI:10.1103/PhysRevB.89.125301

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Chemical doping-induced changes in optical properties of single-walled carbon nanotubes2014

    • 著者名/発表者名
      M. Okano, T. Nishihara, Y. Yamada, Y. Kanemitsu
    • 雑誌名

      Jpn. J. Appl. Phys.

      巻: 53 ページ: 05FD02/1-4

    • DOI

      DOI:10.7567/JJAP.53.05FD02

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Exciton recombination dynamics in nanoring cycloparaphenylenes2014

    • 著者名/発表者名
      T. Nishihara, Y. Segawa, K. Itami, Y. Kanemitsu
    • 雑誌名

      Chemical Science

      巻: 7 ページ: -

    • DOI

      DOI:10.1039/c3sc53462f

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Observation of excited-state excitons and band-gap renormalization in hole-doped carbon nanotubes using photoluminescence excitation spectroscopy2013

    • 著者名/発表者名
      Y. Kimoto, M. Okano, Y. Kanemitsu
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 87 ページ: 195416/1-5

    • DOI

      DOI:10.1103/PhysRevB.87.195416

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Trion Formation and Recombination Dynamics in Hole-Doped Single-Walled Carbon Nanotubes2013

    • 著者名/発表者名
      T. Nishihara, Y. Yamada, M. Okano, Y. Kanemitsu
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett.

      巻: 103 ページ: 023101/1-4

    • DOI

      DOI:10.1063/1.4813014

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Biexciton state causes photoluminescence fluctuations in CdSe/ZnS core/shell quantum dots at high photoexcitation densities2013

    • 著者名/発表者名
      N. Yoshikawa, H. Hirori, H. Watanabe, T. Aoki, T. Ihara, R. Kusuda, C. Wolpert, T. K. Fujiwara, A. Kusumi, Y. Kanemitsu, K. Tanaka
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 88 ページ: 155440/1-5

    • DOI

      DOI:10.1103/PhysRevB.88.155440

    • 査読あり
  • [学会発表] 一次元ナノリング・シクロパラフェニレンにおける励起状態ダイナミクスのサイズ依存性

    • 著者名/発表者名
      西原大志,瀬川泰知,伊丹健一郎,金光義彦
    • 学会等名
      日本物理学会 2013年秋季大会
    • 発表場所
      徳島大学(徳島市)
  • [学会発表] CdSe/CdS Dot-in-Rodにおける単一光子生成と発光明滅

    • 著者名/発表者名
      井原章之,佐藤良太,寺西利治,金光義彦
    • 学会等名
      日本物理学会 2013年秋季大会
    • 発表場所
      徳島大学(徳島市)
  • [学会発表] フェムト秒励起光伝導相関法によるInAs量子構造の光キャリアダイナミクス

    • 著者名/発表者名
      山田泰裕,Tex David,神谷格,金光義彦
    • 学会等名
      日本物理学会 2013年秋季大会
    • 発表場所
      徳島大学(徳島市)
  • [学会発表] Type II CdS/CdTeナノペンシル構造における電荷移動ダイナミクス

    • 著者名/発表者名
      岡野真人,坂本雅典,寺西利治,金光義彦
    • 学会等名
      日本物理学会 2013年秋季大会
    • 発表場所
      徳島大学(徳島市)
  • [学会発表] 単一CdSe/CdSヘテロ構造ナノ粒子の発光明滅現象:寿命と強度の相関

    • 著者名/発表者名
      大野海,井原章之,佐藤良太,寺西利治,金光義彦
    • 学会等名
      日本物理学会 2013年秋季大会
    • 発表場所
      徳島大学(徳島市)
  • [学会発表] 波長可変光源を用いた単一CdSe/CdSへテロ構造ナノ粒子の発光明滅現象の研究

    • 著者名/発表者名
      大野海,井原章之,佐藤良太,寺西利治,金光義彦
    • 学会等名
      第24回光物性研究会
    • 発表場所
      大阪市立大学(大阪市)
  • [学会発表] CdS/CdTe ナノ粒子のヘテロ界面における電荷分離メカニズム

    • 著者名/発表者名
      岡野真人,坂本雅典,寺西利治,金光義彦
    • 学会等名
      2014年 第61回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      青山学院大学 (相模原市)
  • [学会発表] 単一CdSe/ZnSナノ粒子の発光明滅:発光スペクトルと発光寿命の同時測定

    • 著者名/発表者名
      井原章之,金光義彦
    • 学会等名
      2014年 第61回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      青山学院大学 (相模原市)
  • [学会発表] リングエキシトン:ナノリング・シクロパラフェニレンにおける励起子状態

    • 著者名/発表者名
      西原大志,瀬川泰知,伊丹健一郎,金光義彦
    • 学会等名
      日本物理学会 第69回年次大会
    • 発表場所
      東海大学 (平塚市)
  • [学会発表] 単一CdSe/CdS Dot-in-Rodにおける発光明滅:寿命と偏光の同時測定

    • 著者名/発表者名
      井原章之,佐藤良太,寺西利治,金光義彦
    • 学会等名
      日本物理学会 第69回年次大会
    • 発表場所
      東海大学 (平塚市)
  • [学会発表] 単一のコアシェル型ナノ粒子の発光明滅:発光強度と発光寿命の励起波長依存性

    • 著者名/発表者名
      大野海,井原章之,佐藤良太,寺西利治,金光義彦
    • 学会等名
      日本物理学会 第69回年次大会
    • 発表場所
      東海大学 (平塚市)
  • [学会発表] Quantized Exciton Recombination Dynamics in Single-Walled Carbon Nanotubes

    • 著者名/発表者名
      T. Nishihara, Y. Yamada, M. Okano, Y. Kanemitsu
    • 学会等名
      The 7th International Conference on Nanophotonics/The 3rd Conference on Advances in Optoelectronics and Micro/Nano Optics (ICNP/AOM 2013)
    • 発表場所
      Hong Kong, China
    • 招待講演
  • [学会発表] Quantized Exciton-hole Recombination in Hole-doped Single-walled Carbon Nanotubes

    • 著者名/発表者名
      Y. Yamada, T. Nishihara, M. Okano, Y. Kanemitsu
    • 学会等名
      The 4th International Symposium on Organic and Inorganic Electronic Materials and Related Nanotechnologies (EM-NANO 2013)
    • 発表場所
      Kanazawa, JAPAN
  • [学会発表] Hole-doping modulates electronic structures of single-walled carbon nanotubes

    • 著者名/発表者名
      M. Okano, T. Nishihara, Y. Kimoto, T. Ihara, Y. Yamada, Y. Kanemitsu
    • 学会等名
      2013 JSAP-MRS Joint Symposia
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
  • [学会発表] Spectroscopy of higher exciton states in single-walled carbon nanotubes

    • 著者名/発表者名
      M. Okano, Y. Kanemitsu
    • 学会等名
      International Conference on Small Science (ICSS 2013)
    • 発表場所
      Las Vegas, USA
    • 招待講演
  • [備考] 金光研究室のホームページ

    • URL

      http://www.scl.kyoto-u.ac.jp/~opt-nano/index.html

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公開日: 2015-05-28  

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