ペロブスカイト結晶-ナノ共振器を用いた低閾値かつ狭帯域ナノレーザーの開発

利用钙钛矿晶体纳米腔开发低阈值窄带纳米激光器

基本信息

批准号：
21K14580
负责人：
岡本拓也
金额：
$ 3万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、利得媒質のペロブスカイト結晶とファブリ・ペローナノ共振器の組み合わせによるサブnmオーダーのスペクトル半値幅と低閾値化、そしてレーザー発振波長の選択を同時に達成可能なナノレーザーの開発を目的とする。本年度は、混合ハロゲンペロブスカイト結晶合成における前駆体の仕込み濃度の検討と、半導体量子ドット-ナノ共振器へのスペーサー層の導入と共振器上における量子ドットの蛍光特性の検討、そして金ナノ粒子薄膜上に形成したリガンドフリーなペロブスカイトナノ結晶の蛍光特性の評価を行った。まず、前駆体試料における異種ハロゲンイオンの仕込み濃度比を変えることで混合ハロゲンペロブスカイト結晶の合成を試みた。しかし、異種ハロゲンアニオンを混合させた前駆体を用いると結晶形状の制御が困難であることが判明したため、自然放射増幅光の発振にはハロゲンアニオン交換により作成した混合ハロゲンペロブスカイト結晶を採用した。次に、量子ドットとナノ共振器の系に酸化アルミニウムをスペーサー層として導入し、量子ドット-薄膜間の距離による量子ドットの蛍光特性変化について検討を行った。その結果、酸化チタンへの電子移動および金薄膜へのエネルギー移動による量子ドットの消光はスペーサー層の導入により抑制できることが明らかとなった。さらに、ペロブスカイトナノ結晶と金薄膜の系におけるエネルギー移動およびプラズモン結合を検討するため金ナノ粒子薄膜上に形成したリガンドフリーなペロブスカイトナノ結晶の蛍光特性の評価を行った。リガンド保護されたナノ結晶では金ナノ粒子薄膜上で消光されたのに対し、リガンドフリーなナノ結晶では金ナノ粒子薄膜上で蛍光が増強されることがわかった。この系について時間分解顕微分光、過渡吸収測定、そして有限差分時間領域法による電場解析を行い、現在論文を執筆中である。

本研究的目的是通过将钙钛矿晶体作为增益介质与法布里-珀罗纳米腔相结合，开发一种能够同时实现亚纳米级光谱半宽、低阈值和激光振荡波长选择的纳米激光器。今年，我们将研究混合卤素钙钛矿晶体合成中前驱体的浓度，在半导体量子点纳米腔中引入间隔层，研究谐振器上量子点的荧光特性，并研究金纳米粒子薄膜的形成。我们评估了在中形成的无配体钙钛矿纳米晶体的荧光特性首先，我们尝试通过改变前驱体样品中不同卤素离子的浓度比来合成混合卤素钙钛矿晶体。然而，人们发现，当使用与不同类型的卤素阴离子混合的前驱体时，控制晶体形状很困难，因此通过卤素阴离子交换产生的混合卤素钙钛矿晶体被用于放大自发辐射光的振荡。接下来，我们将氧化铝作为间隔层引入量子点和纳米谐振器系统中，并研究了量子点荧光特性随量子点与薄膜之间的距离的变化。结果表明，通过引入间隔层可以抑制由于电子转移到氧化钛和能量转移到金薄膜而引起的量子点猝灭。此外，为了研究钙钛矿纳米晶体和金薄膜系统中的能量转移和等离子体耦合，我们评估了金纳米粒子薄膜上形成的无配体钙钛矿纳米晶体的荧光性质。我们发现配体保护的纳米晶体猝灭了金纳米颗粒薄膜上的荧光，而无配体的纳米晶体在金纳米颗粒薄膜上表现出增强的荧光。我们使用时域有限差分法对该系统进行了时间分辨显微光谱、瞬态吸收测量和电场分析，目前正在撰写一篇论文。