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2014 年度 実施状況報告書

超流動ヘリウム中におけるレーザーアブレーションによる半導体の単結晶真球化

研究課題

研究課題/領域番号 26610086
研究機関大阪大学

研究代表者

芦田 昌明  大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (60240818)

研究分担者 蓑輪 陽介  大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (50609691)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
キーワードレーザーアブレーション / 超流動ヘリウム / 結晶成長 / 微小光共振器 / レーザー発振 / 真球
研究実績の概要

物質に高強度レーザーを照射して表面を破壊して微小構造物質を作製することができる、レーザーアブレーションという手法を、超流動ヘリウムという特殊な環境下で行うことにより、異方的な結晶構造を有する半導体の真球を作製することを目的として研究を進めた。
これまでは、六方晶のウルツ鉱型をとるため、その異方性を反映して針状結晶などに成長するのが普通であるZnO、CdSeに対して実験を行い、結晶性の高い真球が、粒径が数nmから数μmに渡る非常に広い分布をもって作製できることを見出してきた。この手法の最も大きな特徴は、粒径がμm以上のマイクロ真球を作製できることであり、そうしたサイズの真球は光を閉じ込める共振器として動作し、高効率なレーザー発振を示すなど、微小な光学デバイスとしての応用が期待される。
今年度はさらに対象物質を拡大することを目指し、Si、GaAs、SiC、GaNなどに同一手法を適用し、光学応用が容易なマイクロ真球の探索を、光学顕微鏡を用いて行った。その結果、特にGaAsの真球が数多く作製できることを見出した。しかしながら、他の材料、Si、SiC、GaNにおいても、マイクロ真球と思われる微粒子の存在は確認した。超流動ヘリウム中では、レーザー照射で融解した材料が表面張力で真球状となり、それを気体ヘリウムが取り囲むことで急冷が避けられる一方、周囲の液体ヘリウムからの等方的圧力で真球形状を保ったまま結晶化したものと推定している。この際、物質の違いは、光吸収の特性、融点、熱容量や熱伝導率などの相違に基づくと推測され、物質によってレーザーアブレーションの最適条件、レーザー波長、強度などが異なるものと考えられる。物質毎に異なることが判明した最適条件の決定が今後の課題である。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

当初の予定を前倒しし、GaAsにおいても本手法、すなわち、超流動ヘリウム中におけるレーザーアブレーションで、粒径がマイクロメートルサイズの真球を作製できることを見出した。さらに、他の材料、Si、SiC、GaNにおいても、本手法適用の可能性を見出した。

今後の研究の推進方策

適用可能な物質が数多いことは明らかとしたが、最適条件はそれぞれ異なることも見出した。このため、物質毎の最適条件を決定することが最も重要な課題である。この課題自体は本研究計画で想定していたことであり、次年度も計画を着実に遂行していく。

次年度使用額が生じた理由

研究を進めていく上で必要に応じて研究費を執行したため、当初の見込額と実際の執行学が異なった。

次年度使用額の使用計画

計画自体に変更はなく、今年度の残額を次年度分と合算して当初の予定通り使用していく。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 謝辞記載あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (8件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Optical levitation of a microdroplet containing a single quantum dot2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Minowa, R. Kawai and M. Ashida
    • 雑誌名

      Optics Lett.

      巻: 40 ページ: 906-909

    • DOI

      10.1364/OL.40.000906

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Fabrication and Lasing Properties of Single-Crystalline Semiconductor Microspheres with Anisotropic Crystal Structures2015

    • 著者名/発表者名
      S. Okamoto, S. Ichikawa, Y. Minowa and M. Ashida
    • 雑誌名

      MRS Online Proceedings Library

      巻: 1736 ページ: -

    • DOI

      10.1557/opl.2015.103

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] 半導体ナノ粒子の光輸送2014

    • 著者名/発表者名
      蓑輪陽介, 芦田昌明
    • 雑誌名

      レーザー研究

      巻: 42 ページ: 771-775

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Y2O3:Tm,Yb nanophosphors for correlative upconversion luminescence and cathodoluminescence imaging2014

    • 著者名/発表者名
      S. Fukushima, T. Furukawa, H. Niioka, M. Ichimiya, J. Miyake, M. Ashida, T. Araki and M. Hashimoto
    • 雑誌名

      Micron

      巻: 67 ページ: 90-95

    • DOI

      10.1016/j.micron.2014.07.002

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fabrication of single-crystalline microspheres with high sphericity from anisotropic materials2014

    • 著者名/発表者名
      S. Okamoto, K. Inaba, T. Iida, H. Ishihara, S. Ichikawa and M. Ashida
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 4 ページ: 5186(1-4)

    • DOI

      10.1038/srep05186

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 近赤外発光・カソードルミネッセンスによるマルチスケール生体観察2015

    • 著者名/発表者名
      福島昌一郎新岡宏彦、一宮正義、三宅 淳、芦田昌明、荒木 勉、橋本 守
    • 学会等名
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      東海大学 湘南キャンパス
    • 年月日
      2015-03-11 – 2015-03-14
  • [学会発表] Fabrication and Lasing Properties of Single-Crystalline Semiconductor Microspheres with Anisotropic Crystal Structures2014

    • 著者名/発表者名
      M. Ashida, S. Okamoto, S. Ichikawa and Y. Minowa
    • 学会等名
      2014 MRS Fall Meeting and Exhibit
    • 発表場所
      Boston, Massachusetts, USA
    • 年月日
      2014-11-30 – 2014-12-05
  • [学会発表] Multimodal bioimaging probes based on lanthanide doped Gd2O3 nanophosphors2014

    • 著者名/発表者名
      K. D. Doan, S. Fukushima, H. Niioka, J. Miyake, M. Ichimiya, M. Ashida, T. Araki and M. Hashimoto
    • 学会等名
      第 75 回応用物理学会 秋季学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学 札幌キャンパス
    • 年月日
      2014-09-17 – 2014-09-20
  • [学会発表] 光トラップ中での微小球共振器の溶融2014

    • 著者名/発表者名
      豊田侑助,蓑輪陽介,芦田昌明
    • 学会等名
      日本物理学会 2014年秋季大会
    • 発表場所
      中部大学 春日井キャンパス
    • 年月日
      2014-09-07 – 2014-09-10
  • [学会発表] 単一量子ドット-液滴系の光トラッピング2014

    • 著者名/発表者名
      川井諒一,蓑輪陽介,芦田昌明
    • 学会等名
      日本物理学会 2014年秋季大会
    • 発表場所
      中部大学 春日井キャンパス
    • 年月日
      2014-09-07 – 2014-09-10
  • [学会発表] Optical fabrication of single-crystalline microspheres with high sphericity2014

    • 著者名/発表者名
      S. Okamoto, Y. Minowa and M. Ashida
    • 学会等名
      1st OPTICAL MANIPULATION CONFERENCE (OMC '14)
    • 発表場所
      パシフィコ横浜
    • 年月日
      2014-04-22 – 2014-04-25
  • [学会発表] Optical manipulation of quantum dots in superfluid He2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Minowa, H. Tahara and M. Ashida
    • 学会等名
      1st OPTICAL MANIPULATION CONFERENCE (OMC '14)
    • 発表場所
      パシフィコ横浜
    • 年月日
      2014-04-22 – 2014-04-25
  • [学会発表] Rare-earth doped nanophosphors for multi-colored cathodoluminescence and up-conversion luminescence bioimaging2014

    • 著者名/発表者名
      S. Fukushima, T. Furukawa, H. Niioka, M. Ichimiya, J. Miyake, M. Ashida, T. Araki and M. Hashimoto
    • 学会等名
      Focus on Microscopy 2014 (FOM2014)
    • 発表場所
      Sydney, Australia
    • 年月日
      2014-04-13 – 2014-04-16
  • [備考] 光を用いた半導体真球作製

    • URL

      http://laser.mp.es.osaka-u.ac.jp/research.html

  • [備考] 世界初!ミクロンサイズの真球単結晶を作製

    • URL

      http://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2014/20140605_1

URL: 

公開日: 2016-05-27  

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