半導体ナノ粒子超格子構造の新規光物性の解明と機能創製

阐明半导体纳米粒子超晶格结构的新颖光学特性和功能创建

基本信息

批准号：
19J13666
负责人：
李ヨン信
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Osaka City University
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 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

水熱合成法により半導体ナノ粒子を作製した。その際、長さが約0.5 nmと非常に短いN-アセチル-L-システイン(NAC)を配位子として用いた。さらに、NACが有するNH基とCOOH基間で生じる化学結合を利用してナノ粒子同士が近接した超格子構造を作製した。ナノ粒子がランダムに分散した溶液試料と超格子構造の光吸収スペクトルを測定した。溶液試料に比べて、超格子構造の吸収ピークが低エネルギー側にシフトする振る舞いが観測された。これは、近接したナノ粒子間で波動関数が結合し、より安定な電子状態が形成されたことを反映している。同様の試料について、発光励起(PLE)スペクトルの受光エネルギー依存性を測定した。溶液試料ではサイズ分布がある中で、受光エネルギーに対応するサイズの信号が選択的に検出されるため、受光エネルギーによってPLEピークがシフトする。対して、超格子構造では受光エネルギーを変えてもPLEピークはシフトしない。これは、異なる受光エネルギーでも同一の励起状態からの発光が検出されていることを反映している。すなわち、電子状態が拡張したミニバンドの形成が示された。このようなナノ粒子超格子構造の発光メカニズムを解明するために、光学特性の温度依存性を系統的に調べた。吸収ピークと発光ピークの差で定義されるストークスシフトに着目すると、温度上昇に伴いストークスシフトが小さくなる振る舞いが観測された。また、発光減衰プロファイルの受光エネルギー依存性を調べた結果、高エネルギー側で受光するほど発光減衰プロファイルが速い減衰を示すことがわかった。さらに、温度上昇に伴い発光減衰プロファイルの受光エネルギー依存性が小さくなる振る舞いを観測した。これらの実験結果について、励起子の拡張状態および弱局在状態を考慮したモデルに基づき解析を行うことで、ナノ粒子超格子構造の発光メカニズムを初めて実験的に明らかにした。

半导体纳米颗粒是通过水热合成制备的。在这种情况下，将N-乙酰基L-半胱氨酸（NAC）用作配体，长度约为0.5 nm。此外，使用NH组之间产生的化学键和NAC中包含的COOH基团产生的化学键，其中纳米颗粒密切相关的超晶格结构。测量了溶液样品和超晶格结构的光吸收光谱，其中测量了纳米颗粒的随机分散。与溶液样品相比，观察到超晶格结构的吸收峰向下能侧移动的行为。这反映了相邻纳米颗粒之间耦合的波函数，从而产生了更稳定的电子状态。对于类似的样品，测量了发射激发（PLE）光谱的光能依赖性。在溶液样品中，选择性检测到与光接收能量相对应的尺寸信号，以便由于光接收能而引起的PLE峰移动。相比之下，在超晶格结构中，即使接收能量更改，PLE峰也不会移动。这反映了即使在不同的光能下，也会检测到同一激发态的发射。也就是说，显示了具有扩展电子状态的迷你班的形成。为了阐明这种纳米颗粒超晶格结构的排放机制，系统地研究了光学性能的温度依赖性。专注于Stokes Shing，这是由吸收峰和发射峰之间的差异定义的，观察到随着温度升高，Stokes Shings变小。此外，当研究了发光衰减轮廓时，发现发光衰减轮廓速度更快，因为在较高的能量方面收到了发光衰减。此外，观察到，发射衰减轮廓的光能量的依赖性随温度升高而降低。基于一个模型分析了实验结果，该模型考虑了扩展和弱局部的激子状态，并首次在实验上阐明了纳米颗粒超级晶格结构的发射机制。

项目成果

期刊论文数量（10）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Fabrication of CdTe quantum dot superlattices

CdTe 量子点超晶格的制造

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yong-Shin Lee;Yoshiki Tanabe;Masahiro Shibuta;DaeGwi Kim
通讯作者：
DaeGwi Kim

Coupled electronic states in CdTe quantum dot assemblies fabricated by utilizing chemical bonding between ligands

利用配体之间的化学键制造的 CdTe 量子点组件中的耦合电子态

DOI：
10.1039/d0nr00194e
发表时间：
2020
期刊：
Nanoscale
影响因子：
6.7
作者：
Lee Yong-Shin;Ito Tatsuya;Shimura Kunio;Watanabe Taichi;Bu Hang-Beom;Hyeon-Deuk Kim;Kim DaeGwi
通讯作者：
Kim DaeGwi

Fabrication of CdTe quantum dot superlattices and their optical properties

CdTe量子点超晶格的制备及其光学性能