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ナノ材料を利用した次世代デバイスの実現に期待!半導体量子ドット超格子における量子共鳴の次元制御を実現

2020年10月30日掲載

研究・産学

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本研究のポイント

  • 短い配位子で表面を修飾した水溶性量子ドットを用いて量子ドット間の近接を
    実現し、量子共鳴を観測
  • Layer-by-layer法により面内・積層方向の量子ドット間距離を制御することで
    量子共鳴の次元制御に成功
  • 一次元、二次元、三次元的な量子共鳴が生じた試料において、結合状態の形成
    及びその次元性に起因した発光特性の変化を観測

概要

  大阪市立大学大学院工学研究科の李太起(り てぎ)大学院生(後期博士課程2年)、金 大貴(きん てぎ)教授、理化学研究所 創発物性科学研究センター(CEMS)創発超分子材料研究チームの夫 勇進(ぷ よんじん)チームリーダー、榎本 航之(えのもと かずし)基礎科学特別研究員、京都大学大学院の金 賢得(きむ ひょんどぅっ)助教らの共同研究グループは、Layer-by-layer※1により「半導体量子ドット超格子※2,3」を作製するとともに、面内・積層方向の量子ドット間距離を制御することで量子共鳴※4の次元制御に成功しました。
 近接した量子ドット間における量子共鳴は、電荷移動度の劇的な向上をもたらすことから、デバイス応用に向けて、量子共鳴に基づいた光・電子物性の理解が重要となっています。今回、共同研究グループは、Layer-by-layer法を用いて、半導体量子ドット※2が一次元、二次元、三次元方向に近接した量子ドット超格子構造を作製し、その次元性に基づいた発光特性の変化を明らかにしました。 この成果は、量子ドット超格子における多重励起子生成※5など、新たな光物性の解明に貢献するだけでなく、他のナノマテリアルを利用した次世代デバイスの実現にも寄与すると期待できます。
 本研究の成果は、科学雑誌『Nature Communications』(日本時間10月29日19時)に掲載されました。

※1 Layer-by-layer法…静電相互作用を利用して正負に帯電した物質を交互に積層させる
          手法。
※2
半導体量子ドット…粒子径が数nmの半導体ナノ結晶。量子閉じ込め効果により、
          組成とサイズに依存した吸収発光特性を示すため、ディス
          プレイ、バイオイメージング、光センサーや太陽電池等の光電
          変換デバイスへの応用に向けて研究開発が進められている。
※3
量子ドット超格子…量子ドットが規則的に配列した超構造体。
※4
量子共鳴…隣接した量子ドット間の波動関数の重なりにより結合状態を形成する
        現象。
※5
多重励起子生成…一つの光子が物質に吸収され複数の励起子が生成される現象。

資金情報

 本研究はJSTさきがけ(研究代表:金賢得)、トヨタ・モビリティ基金(研究代表:金賢得)、科研費(24560015、20H02549)(研究代表:金大貴)」の支援を受けて行われました。

掲載誌情報

発表雑誌:Nature Communications(IF=12.1)
論文名:Controlling the dimension of the quantum resonance in CdTe quantum
    dot superlattices fabricated via layer-by-layer assembly
著者:TaeGi Lee, Kazushi Enomoto, Kazuma Ohshiro, Daishi Inoue,
   Tomoka Kikitsu, Kim Hyeon-Deuk, Yong-Jin Pu, DaeGwi Kim
URL:https://doi.org/10.1038/s41467-020-19337-0