有機ナノ粒子からの蛍光における光アンチバンチングの粒子サイズ依存性

有机纳米颗粒荧光中光学反聚束的粒径依赖性

• 批准号: 18710100
• 负责人: 増尾 貞弘
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Kyoto Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18710100/
• 关键词: 光アンチバンチング; 単一光子; 単一分子; 単一分子計測; ナノ結晶; ナノ粒子; 共役ポリマー; アンチバンチング; コインシデンス; 分子凝集体; 有機結晶; ペリレンビスイミド

本研究では、光アンチバンチングを示す有機ナノ粒子のサイズを解明することを目的とした。光アンチバンチングとはある時間に存在する光子数が1つのみとなる現象であさことから、光アンチバンチングを示す物質は単一光子発生源として働く。この単一光子発生源は、究極の暗号通信である量子暗号通信などの次世代量子情報技術に必要不可欠であるから、近年、単一光子発生源の探求が非常に活発に行われている。一般に単一発光性分子や量子ドットなど、いわゆる「単一量子システム」は光アンチバンチングを示すが、それらが複数集まって構成された集合体は示さない。では、どのくらいのサイズであれば光アンチバンチングを示すのか。この疑問を世界に先駆けて解明することを本研究の目的とした。発光性分子として、3種類のペリレンビスイミド誘導体、および分子量が異なる3種類の発光性共役ポリマー(MEH-PPV)を用いた。再沈法により、これらのナノ結晶・ナノ粒子を作製した。光学顕微鏡下において、1粒のナノ結晶またはナノ粒子からの蛍光強度・蛍光寿命の時間変化、およびコインシデンス測定の同時測定を行い、その光アンチバンチング挙動を観測した。その結果、ペリレンビスイミド誘導体の場合、粒径が〜70nm程度の単一ナノ結晶・ナノ粒子は光アンチバンチングを示すことを見出した。また、分子の凝集状態に依存して、単一光子発生効率が変化することも見出している。共役ポリマーを用いた研究においては、サイズが〜20nm程度のナノ粒子を作製し測定したところ、このサイズ領域にあるほとんどの単一ナノ粒子は光アンチバンチングを示すことを見出した。また、分子量の異なる共役ポリマーを用いることで、ナノ粒子のサイズ依存性を観測したところ、サイズが小さくなるにつれて、単一光子発生効率が向上することを見出した。これらは、複数の分子が集まってできた集合体であっても、サイズをコントロールすることにより単一光子発生源として働くことを示した結果である。

在这项研究中，我们的目的是阐明表现出光抗聚束作用的有机纳米粒子的尺寸。光学反聚束是一种在给定时间仅存在一个光子的现象，因此表现出光学反聚束的材料充当单光子源。由于这种单光子发生源对于量子密码通信（终极密码通信）等下一代量子信息技术至关重要，因此近年来对单光子发生源的寻找非常活跃。一般来说，所谓的“单量子系统”，例如单个发光分子和量子点，表现出光学反聚束，但由多个此类系统组成的聚集体则不会。那么，光学反聚束发生在什么尺寸呢？这项研究的目的是在世界上第一个阐明这个问题。作为发光分子，使用了三种类型的苝双酰亚胺衍生物和三种不同分子量的发光共轭聚合物(MEH-PPV)。这些纳米晶体和纳米颗粒是通过再沉淀法制备的。在光学显微镜下，我们同时测量了单个纳米晶体或纳米粒子的荧光强度和荧光寿命的时间变化，并测量了重合性，并观察了它们的光学反聚束行为。结果，我们发现，对于苝双酰亚胺衍生物，粒径约为 70 nm 的单个纳米晶体/纳米颗粒表现出光学反聚束。他们还发现，单光子产生效率根据分子的聚集状态而变化。在使用共轭聚合物的研究中，我们制造了尺寸约为 20 nm 的纳米颗粒并对其进行了测量，发现该尺寸范围内的大多数单个纳米颗粒表现出光学反聚束。此外，通过使用不同分子量的共轭聚合物观察纳米粒子的尺寸依赖性，他们发现单光子产生效率随着尺寸的减小而增加。这些结果表明，即使是由多个分子组成的聚集体也可以通过控制其尺寸充当单个光子源。

项目成果

単一分子蛍光分光法による孤立電荷移動錯体の光物理特性解析

单分子荧光光谱法对孤立电荷转移复合物的光物理表征

• 发表时间: 2008
• 作者: Yamashita I;Kirimura H;Okuda M;Nishio K;Sano K;Shiba K;Hayashi T;Hara M;Mishima Y;増尾貞弘;増尾 貞弘;増尾貞弘;村主 舞;遠藤 亨
• 通讯作者: 遠藤 亨

ナノサイズ凝集体の光アンチバンチング挙動

纳米聚集体的光反聚束行为

• 发表时间: 2008
• 作者: Yamashita I;Kirimura H;Okuda M;Nishio K;Sano K;Shiba K;Hayashi T;Hara M;Mishima Y;増尾貞弘;増尾 貞弘;増尾貞弘;村主 舞;遠藤 亨;田中智也;増尾貞弘;西 信弘;増尾貞弘
• 通讯作者: 増尾貞弘

ペリレンビスイミド単一ナノ結晶の光アンチバンチング挙動

苝双酰亚胺单纳米晶的光抗聚束行为

• 发表时间: 2007
• 作者: Yamashita I;Kirimura H;Okuda M;Nishio K;Sano K;Shiba K;Hayashi T;Hara M;Mishima Y;増尾貞弘;増尾 貞弘;増尾貞弘;村主 舞;遠藤 亨;田中智也;増尾貞弘;西 信弘;増尾貞弘;増尾貞弘;増尾貞弘
• 通讯作者: 増尾貞弘

単一ペリレン系ナノ結晶からの単一光子発生

从单个苝纳米晶体产生单光子

• 发表时间: 2007
• 作者: Yamashita I;Kirimura H;Okuda M;Nishio K;Sano K;Shiba K;Hayashi T;Hara M;Mishima Y;増尾貞弘;増尾 貞弘;増尾貞弘;村主 舞;遠藤 亨;田中智也;増尾貞弘;西 信弘;増尾貞弘;増尾貞弘;増尾貞弘;田中智也;西 信弘;村主 舞;増尾貞弘;増尾貞弘
• 通讯作者: 増尾貞弘

単一共役ポリマー鎖の光アンチバンチング特性

单共轭聚合物链的光抗聚束特性

• 发表时间: 2007
• 作者: Yamashita I;Kirimura H;Okuda M;Nishio K;Sano K;Shiba K;Hayashi T;Hara M;Mishima Y;増尾貞弘;増尾 貞弘;増尾貞弘;村主 舞;遠藤 亨;田中智也;増尾貞弘;西 信弘;増尾貞弘;増尾貞弘;増尾貞弘;田中智也;西 信弘;村主 舞;増尾貞弘;増尾貞弘;増尾貞弘;増尾貞弘;増尾貞弘
• 通讯作者: 増尾貞弘