カーボンナノチューブのオンデマンド操作手法の開発と光量子素子応用

碳纳米管按需操控方法的开发及其在光子器件中的应用

基本信息

批准号：
19J00894
负责人：
大塚慶吾
金额：
$ 2.58万
依托单位：
The University of Tokyo (2020)Institute of Physical and Chemical Research (2019)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

2020年度は、採用辞退までの4か月間のうちのほとんどの期間が在宅勤務を余儀なくされたため、前年度までに取得した実験データの解析と理論解析による材料転写機構の考察のほか、狙ったCNTカーボンナノチューブ微小共振器に結合させる実験に絞って研究を行い、これまでの成果を論文にまとめた。転写を媒介する分子結晶とカーボンナノチューブ間の相互作用について実験および分子動力学シミュレーションの両面から議論を行い、強い相互作用を持つナノチューブの原子構造の傾向を得ることができ、収率の向上へのヒントを得ることができた。また、特定の波長に鋭い共振モードを持つフォトニック結晶光共振器とCNTを決定論的に結合させ、高効率で挟線幅の発光デバイス作製のデモンストレーションを行った。フォトニック結晶光共振器を用いることで物質からの光子の自然放出レートを増大させることができる（パーセル効果）一方で、そのような増強が得られる領域は空間的にもスペクトル的にも非常に小さい。つまり、CNTと光共振器の高効率な結合を達成するためには、原子レベルで構造が適合したCNTを1 μm以下の位置精度でする必要が生じる。研究室内の共同研究者の協力のもと、微小光共振器を作製し、それによる電場増強を最大化しつつナノチューブ内励起子の非発光再結合を抑制するナノスペーサーとして六方晶窒化ホウ素の複合構造を用意し、その構造に対して適合するナノチューブを転写した。実際に空間的・スペクトル的に高い精度で結合することが確認でき、原子レベルで定義された材料を自在に操り、多彩なナノ構造体と組み合わせて光デバイスを作製可能であることを示すことに成功した。

在2020年，辞职之前的四个月中的大部分时间都被迫在家工作，因此，除了分析上一年获得的实验数据外，并通过理论分析考虑了材料转移机制，我们还进行了研究的研究，重点是实验，这些实验耦合到目标CNT CNT碳纳米管微孔剂，并将结果汇总到纸面上。我们讨论了从实验和分子动力学模拟中介导转移的分子晶体和碳纳米管之间的相互作用，并能够获得具有较强相互作用的纳米管原子结构的趋势，并且我们能够获得提示提高产率的提示。此外，在特定波长下具有尖锐谐振模式的光子晶体光学谐振器与CNT确定性结合，并进行了示范以制造高效的，夹层的线宽度发光设备。虽然使用光子晶体光载剂可以提高材料中光子的自发发射速率（包裹效应），但可以在空间和频谱上实现这种增强的区域非常小。换句话说，为了在CNT和光学谐振器之间实现高效的耦合，有必要在原子水平上具有结构适应的CNT，其位置精度为1μm或以下。在实验室合作者的合作下，制造了微型谐振器，并作为硝化己醇硼的复合结构作为纳米摩托处理剂制备，可最大程度地提高电场增强功能，并抑制与纳米管和纳米管中纳米管的非排放重组的非排放重组，这些纳米管和纳米管中的结构都可以转移到这种结构中。已经证实，结合实际上是高空间和光谱精度，并成功地表明了可以通过自由操纵在原子水平上定义的材料来制造光学设备，并将它们与多种纳米结构结合在一起。