フェムト秒分光による半導体電極界面近傍の光ダイナミクスの研究

利用飞秒光谱研究半导体电极界面附近的光学动力学

基本信息

批准号：
11118271
负责人：
玉井尚登
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Kwansei Gakuin University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
财政年份：
1999
资助国家：
日本
起止时间：
1999 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

面の規制されたTiO_2半導体電極を用い,フェムト秒四光波混合による光ダイナミクスの解析を行った.その結果,バンドギャップ(Eg)以上の励起光を用いた場合,電子・正孔再結合による緩和過程が観測され,時間の早い数psの領域では電位依存性がほとんど見られなかったが,非常に遅い数100psの領域においてはフラットバンドより正の電位で減衰が早くなり,発光の電位依存性との対応が見られた.一方,Egいかの励起光の場合,主に電子分極のみによる光カーダイナミクスが観測されたが,水素還元した単結晶電極では,電子分極より少し遅い100fs程度の非常に早い緩和成分の他に,1.26GGHzの超音波の伝搬が観測された.これは水素還元した単結晶電極において多くの表面準位が存在し,この励起によって非常に早い100fs程度のphonon放出が起こり,これに伴う熱放出によって周期的な密度変化が誘起されるものと推定した.さらに,電極界面における色素増感電子移動反応を解析するために,カルボン酸が2個,4個,および6個ついた3種類のRu-bipyridine錯体を合成した.これらの錯体,ローダミン系色素,シアニン色素をTiO_2ナノ微粒子および単結晶表面に化学修飾し、その電子移動ダイナミクスをピコ秒時間分解蛍光分光,フェムト秒分光で解析した.単結晶電極では,定常光蛍光スペクトルでは僅かな電依存性が見られるのみであったが,蛍光減衰曲線においてはすべての電位領域でパルスと同程度の極めて早い寿命成分が観測され,ピコ秒オーダーの電子移動反応が起こっていることを示唆した.ナノ微粒子の溶液中における電子移動をフェムト秒過渡吸収分光で解析したところ,200〜300fsの電子移動反応と,電子移動より少し遅い2成分以上の寿命を持つ逆電子移動反応が観測された.今後,検出系の感度およびS/Nをあげ,単結晶電極における電子移動のダイナミクスの実時間測定とそのフェルミ準位依存性を解明したい.

使用具有调节表面的TiO_2半导体电极，分析了飞秒四波混频引起的光学动力学。结果表明，当使用带隙（Eg）或更高的激发光时，会发生由于电子-空穴复合而引起的弛豫观察过程和时间。在几百 ps 的极慢范围内，几乎没有观察到电压依赖性，但在几百 ps 的极慢范围内，正电位处的衰减比平带中的衰减更快，这对应于发光的电压依赖性。另一方面，在 Eg 鱿鱼的激发光的情况下，主要在氢还原单晶电极中观察到仅由电子极化引起的光学克尔动力学，但除了比电子极化稍慢的约100 fs的非常快的弛豫分量之外，还观察到1.26 GGHz的超声波传播。 .这被氢气还原。假设单晶电极中有许多表面态，并且这种激发导致约 100 fs 的非常快的声子发射，并且伴随的热发射引起界面处颜料的周期性密度变化。为了分析电子敏感转移反应，我们合成了三种类型的Ru-联吡啶与2、4和6羧酸的配合物。这些配合物、罗丹明染料和花青染料与TiO_2纳米颗粒结合并在单晶表面上我们对其进行了化学修饰，并利用皮秒时间分辨荧光光谱和飞秒光谱分析了其电子转移动力学。使用单晶电极，在稳态荧光光谱中仅观察到轻微的电荷依赖性，但荧光衰减曲线在所有电位中范围，观察到与脉冲相当的极快寿命成分，表明正在发生皮秒量级的电子转移反应。当使用飞秒瞬态吸收光谱分析纳米粒子溶液中的电子转移时，发现300fs的电子转移观察到动态反应和具有两个或多个组分寿命的反向电子转移反应，其比电子转移稍慢。将来，我们将提高检测系统的灵敏度和信噪比，并测量实时我想阐明这一点及其对费米能级的依赖性。