2015 Fiscal Year Annual Research Report
半導体ナノ微粒子系の多励起子素過程の解明と光応答分子システムへの応用
| Project Area | Application of Cooperative-Excitation into Innovative Molecular Systems with High-Order Photo-functions |
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| Project/Area Number |
26107005
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| Research Institution | Kwansei Gakuin University |
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Principal Investigator |
玉井 尚登 関西学院大学, 理工学部, 教授 (60163664)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
増尾 貞弘 関西学院大学, 理工学部, 准教授 (80379073)
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| Project Period (FY) |
2014-07-10 – 2019-03-31
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| Keywords | 半導体ナノ微粒子 / 多励起子素過程 / フォトクロミック反応 / ジアリールエテン / 時間分解レーザー分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は半導体ナノ微粒子に種々のジアリールエテン（DAE）系分子を接合したハイブリッド系の構築とその光応答特性，ナノ微粒子系のキャリア移動，マルチエキシトン制御に着目した。
1．DAE系分子とCdTe QDsのハイブリッド系の構築と光応答特性：溶媒支援吸着法によりフェナントロリン系DAEをCdTe QDsに吸着させた。ハイブリッド系では開環体と閉環体でどちらもCdTe QDsの発光消光を観測した。反応メカニズムとして開環体では電子移動が，閉環体では励起エネルギー移動が考えられる。また，消光状態でもフォトクロミック反応によりCdTe QDsの発光特性をスイッチング出来ることを見出した。
OH基を有するDAEに関しても同様な実験を行った。開環体では僅かな消光しか観測されなかったが，閉環体ではCdTe QDsの大幅な発光消光が観測され，フェナントロリン系DAEに比べて非常に優れたスイッチング特性を有することが分かった。フェムト秒過渡吸収分光やピコ秒発光分光により励起子緩和過程とフォトクロミック特性の関係を解析し，励起エネルギー移動が重要な役割を果たしていることを見出した。
2．半導体ナノ微粒子－アクセプター分子系のキャリア移動：昨年度に引き続き，種々のサイズを持った4層CdSe ナノプレートレット（NPLs）にメチルビオローゲン（MV2+）を接合したハイブリッド系を構築し，フェムト秒分光による解析を行った。その結果，a）数100 fsと数psの電子移動が存在する事，これらはMV2+の吸着数の分布によるものでは無い事，b）電子移動速度に及ぼすCdSe NPLsのサイズ依存性の解析から，２種類の電子移動過程はNPLsの平面に吸着したMV2+ではなく，両サイドに吸着したMV2+の電子移動に対応していると結論付けた。
3.AFMマニピュレーションにより金ナノキューブを操作し単一半導体QDへの距離制御を行い，プラズモンによる単一QDのマルチエキシトン状態制御に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
半導体ナノ微粒子系の励起子素過程の解明だけで無く，ジアリールエテン系分子をそれらに接合したハイブリッド系を構築し，半導体ナノ微粒子の光特性をフォトクロミック反応によりスイッチングする事に成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度に引き続き，以下の項目を中心に研究を展開する。
1．次元性を制御したCdSeナノ微粒子，コアーシェル型CdSe/CdS 量子ドット，およびZnS-AgInS2固溶体（ZAIS）ナノ微粒子を用い，フェムト秒状態選択励起により多励起子過程とホットキャリアの緩和過程を解析する。さらに，アクセプター分子系を用いた外部へのキャリア取り出しに関しても，ホットな高励起状態や多励起子の寄与および量子閉じ込めの次元性との関係を解明する。ZAISでは，禁制遷移の関与する多励起子過程に焦点を当てる。
2．半導体ナノ微粒子－光応答分子ハイブリッド系：半導体量子ドットだけでなく，量子井戸に対応する半導体ナノプレートレットにも種類の異なった光応答分子（フォトクロミック分子）を吸着させてハイブリッド系を構築する。ジアリールエテン系光応答分子のフォトクロミック閉環・開環反応による半導体ナノ微粒子の発光特性の光スイッチングとその吸着分子数依存性を解析すると共に，その反応素過程を時間分解レーザー分光法により解明する。
3．ハイブリッド系のフォトクロミック反応：半導体ナノ微粒子の光励起によってハイブリッド系のフォトクロミック反応がどのような影響を受けるのか，定常光とフェムト秒レーザーで解明する。特に種々の半導体ナノ微粒子における多励起子生成や，高励起状態のホットキャリアがフォトクロミック反応に及ぼす効果を解明する。
4．ハイブリッド系の単一微粒子分光：単一微粒子レベルで半導体ナノ微粒子の発光を観測した場合に，発光明滅現象や発光寿命がジアリールエテン系光応答分子のフォトクロミック閉環・開環反応によってどのような影響を受けるか解析すると共に，光スイッチングのメカニズムを単一微粒子レベルで明らかにする。さらに，プラズモンによってどの様な影響を受けるのか，AFMマニピュレーションによる距離依存性を単一微粒子分光で解明する。
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