有機系ナノコンポジット材料におけるバリスティック伝導の発現と制御

有机纳米复合材料中弹道传导的表达和控制

基本信息

批准号：
22K18791
负责人：
鵜沼毅也
金额：
$ 4.16万
依托单位：
Nagaoka University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18791/
关键词：
光物性有機半導体複合材料テラヘルツ/赤外材料・素子

项目摘要

内的輸送経路を持つ共役ポリマーを透明なフレキシブル母体材料に配合し，ナノコンポジット膜を作製した。共役ポリマー単体膜の場合，キャリアを生成するために中心波長400nm付近の（価電子バンドから伝導バンドへの励起に対応する）超短光パルスを集光して照射すると，膜の表面付近で強い吸収が起こり劣化してしまうという問題がある。本研究では，共役ポリマーの配合濃度を調節することにより，超短光パルスの照射に対して表面が劣化しないナノコンポジット膜を作製することに成功した。今後，超短光パルスのパワーをすべて吸収させキャリアの生成効率を高めるように，配合濃度と膜厚の最適化を進めていく。さらに，1000Vまでの高電圧を印加した状態でナノコンポジット膜における共役ポリマー内部にキャリアを生成し，バリスティック伝導を反映したテラヘルツ放射波形を測定することができるような，分光測定装置を作製した。時間幅約100fs（10の-13乗秒）で中心波長800nm付近の超短光パルスを，非線形光学結晶によって中心波長400nm付近に変換し，ナノコンポジット膜へ照射するようにした。生成されたキャリアは，高電圧によってピコ秒（10の-12乗秒）あるいはそれ未満の非常に短い時間スケールでバリスティックに加速され，マクスウェル電磁気学にしたがってテラヘルツ放射を起こすと期待される。この分光測定装置を来年度から本格的に稼働させるべく，中心波長変換後のパワーや参照試料のテラヘルツ信号強度・周波数範囲を確認しながら，最適化を進めている。

通过将具有内部传输路径的共轭聚合物混合到透明柔性基质材料中来制造纳米复合材料薄膜。在单层共轭聚合物薄膜的情况下，当中心波长为400 nm左右（相当于从价带到导带的激发）的聚焦超短光脉冲照射产生载流子时，在薄膜表面附近会产生强光。存在发生吸收、发生劣化的问题。在这项研究中，通过调整共轭聚合物的共混浓度，我们成功地制备了一种纳米复合薄膜，其表面在超短光脉冲照射下不会劣化。未来，我们将继续优化复合浓度和膜厚，以吸收超短光脉冲的全部功率，提高载流子产生效率。此外，我们还创建了一种光谱仪，可以测量太赫兹辐射波形，该波形通过在纳米复合材料薄膜中的共轭聚合物内部产生载流子，同时施加高达 1000V 的高压来反射弹道传导。使用非线性光学晶体将持续时间约为 100 fs（10 至 -13 幂秒）、中心波长约为 800 nm 的超短光脉冲转换为中心波长约为 400 nm，然后照射到纳米复合薄膜。所产生的载流子在皮秒(10 12 秒)或更短的极短时间范围内被高电压弹道加速，并且根据麦克斯韦电磁学预计会产生太赫兹辐射。为了使该光谱仪从明年开始全面投入运行，我们正在进行优化，同时检查中心波长转换后的功率以及参考样品的太赫兹信号强度和频率范围。