メゾスコピックな空間に閉じ込めた液体イオウの特異な光誘起現象

液态硫受限于介观空间的独特光致现象

基本信息

批准号：
09874068
负责人：
田村剛三郎
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Hiroshima University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
1997
资助国家：
日本
起止时间：
1997 至 1998
项目状态：
已结题

项目摘要

イオウと同族の液体セレンは、二配位の共有結合で結ばれた鎖状の高分子液体であり、半導体として振舞う。本年度の研究において我々は、数千オングストロームの極めて薄い空間に閉じ込めた液体セレンにレーザーを照射し、過渡吸収スペクトルおよび過渡電気伝導度を測定することによって、(1)光学ギャップが瞬間的に閉じ(Y.Sakaguchi and K.Tamura,J.Phys.:Condens.Matter,7(1998)2209)、(2)電気伝導度が5桁も増大し、いわゆる最小金属伝導度に近い値を示す(Y.Sakaguchi and K.Tamura,J.Phys.:Condens.Matter,11(1999)659)という興味深い現象を見い出した。この現象は、レーザー強度がある閾値を超えると突然起こるという際立った特徴をもつ。また、レーザー照射後、数十ナノ秒経つと元の状態に戻る。よく知られているように、セレン鎖では、セレン原子の最外殻電子である4個のp電子のうち2個が原子を結ぶσ結合軌道に入り、残りの2個のp電子は結合に参画しないいわゆる非結合LP(lone pair)軌道を占める。LP電子は価電子帯の最上部を占有しており、その役割は非常に重要である。すなわち、各セレン原子の回りに局在するLP電子間には交換斥力が働き、これよってセレン鎖のコンフォメーション(らせん構造)が定まる。したがって、LP電子を価電子帯から伝導帯へと光励起することによって、鎖構造の不安定性、すなわちコンフォメーションの変化や、さらには鎖の切断や分岐等の構造変化が誘起される可能性がある。我々が見い出した現象は、(1)LP電子の励起、(2)鎖構造の不安定化、(3)金属的電子状態の出現、というシナリオのもとに生じた光誘起半導体-金属転移の可能性が強い。今後、試料温度や試料厚みを変えた測定、さらに照射光のエネルギーを変えた実験を行うことによって、この現象が光誘起半導体-金属転移であることの確証をつかみたい。

液态硒与硫属于同一家族，是一种通过二配位共价键连接的链状聚合物液体，具有半导体性质。在今年的研究中，我们用激光照射限制在数千埃的极薄空间中的液态硒，并测量了瞬态吸收光谱和瞬态电导率。 K. Tamura, J. Phys.: Condens. Matter, 7 (1998) 2209), (2) 电导率增加了五个数量级，显示出接近所谓的最小金属电导率的值（Y. Sakaguchi 和 K）我们发现了一个有趣的现象：Tamura, J. Phys.: Condens, 11 (1999) 659）。这种现象的显着特征是当激光强度超过一定阈值时会突然发生。而且，在激光照射后几十纳秒后，它又恢复到原来的状态。众所周知，在硒链中，四个p电子（即硒原子的最外层电子）中有两个进入连接原子的σ键轨道，其余两个p电子进入键合它占据不参与的所谓非键合LP（孤对）轨道。 LP电子占据价带顶部，其作用非常重要。也就是说，交换斥力在位于每个硒原子周围的LP电子之间起作用，并且这决定了硒链的构象（螺旋结构）。因此，LP电子从价带到导带的光激发可能会引起链结构的不稳定，即构象变化，甚至链断裂或支化等结构变化。我们发现的现象是在以下情况下发生的光致半导体-金属转变：（1）LP电子的激发，（2）链结构的不稳定，以及（3）金属电子态的出现。。未来，我们希望通过不同样品温度和样品厚度的测量以及不同照射光能量的实验来确认这种现象是光诱导的半导体到金属的转变。