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。

2020财年，我在拒绝之前的四个月里大部分时间都被迫在家工作，所以除了通过分析截至上一年获得的实验数据和理论分析来检验物质转移机制之外，我还工作了我们将研究重点放在将碳纳米管与微谐振器耦合的实验上，并在一篇论文中总结了迄今为止的结果。我们通过实验和分子动力学模拟讨论了分子晶体和碳纳米管之间介导转录的相互作用，并且能够获得具有强相互作用的纳米管原子结构的趋势，这可能会导致产量的提高。一个提示。我们还展示了通过将碳纳米管与在特定波长下具有尖锐谐振模式的光子晶体光学谐振器确定性耦合来制造具有窄线宽的高效发光器件。虽然光子晶体光学腔可用于增加材料中光子的自发发射率（珀塞尔效应），但可以获得这种增强的区域在空间和光谱上非常小。换句话说，为了实现CNT和光学谐振器之间的高效耦合，需要以1μm或更小的定位精度来定位结构在原子水平上兼容的CNT。在我们实验室合作者的合作下，我们创建了一个微观光学腔，并制备了六方氮化硼作为纳米间隔物的复合结构，以最大限度地增强电场，同时抑制纳米管内激子的非辐射复合，并制备了与之匹配的纳米管。结构已转移。我们能够确认它们实际上以高空间和光谱精度结合，证明可以自由地操纵原子水平上定义的材料并将它们与各种纳米结构结合起来以成功地创建光学器件。