単層カーボンナノチューブにおける励起子エンジニアリング

2021年度は、引き続き有機分子を利用した励起子ポテンシャルの形成による緩和過程の制御と微小共振器による量子電気力学効果を利用した発光緩和の制御に取り組んだほか、二次元物質や微小光共振器による励起子制御に必要となるカーボンナノチューブの清浄転写手法を開発した。有機分子を用いた励起子ポテンシャルの形成では、ペンタセン分子の真空蒸着により架橋カーボンナノチューブの表面にナノ粒子が装飾される現象を利用した。このようなペンタセン装飾カーボンナノチューブに対し、フォトルミネッセンス分光による評価を進めたところ、装飾部分では誘電遮蔽により励起子エネルギーが低下するため、発光スペクトルには二つのピークが観測された。装飾部分の励起子エネルギーに対応する分光イメージによりペンタセン粒子の位置が推定でき、その周辺で励起スペクトルを測定したところ、装飾部位に励起子移動が起きていることが明らかとなった。微小共振器による量子電気力学効果を利用した発光緩和の制御では、架橋カーボンナノチューブと結合可能なナノビーム空気モード共振器を作製し、多数のデバイスから発光スペクトルを収集することで光結合を示すデバイスを特定する手法を確立した。また、カーボンナノチューブの清浄転写手法については、昇華性を持つアントラセン分子を利用した転写法を開発した。アントラセン単結晶を媒介膜として用いることで、転写後にも合成直後と同程度の明るい蛍光が得られることを示し、清浄な状態のまま転写可能であることを明らかにした。さらに、転写中に顕微分光を同時に行うことで、カイラリティが同定されたカーボンナノチューブを高精度で配置する技術を実現した。この手法の活用例として、既知のカイラリティを有するカーボンナノチューブの交差接合を実現したほか、カーボンナノチューブの励起子発光とフォトニック結晶共振器の決定論的な結合を実証した。

2021年度は、引き続き有機分子を利用した励起子ポテンシャルの形成による緩和過程の制御と微小共振器による量子電気力学効果を利用した発光緩和の制御に取り組んだほか、二次元物質や微小光共振器による励起子制御に必要となるカーボンナノチューブの清浄転写手法を開発した。有機分子を用いた励起子ポテンシャルの形成では、ペンタセン分子の真空蒸着により架橋カーボンナノチューブの表面にナノ粒子が装飾される現象を利用した。このようなペンタセン装飾カーボンナノチューブに対し、フォトルミネッセンス分光による評価を進めたところ、装飾部分では誘電遮蔽により励起子エネルギーが低下するため、発光スペクトルには二つのピークが観測された。装飾部分の励起子エネルギーに対応する分光イメージによりペンタセン粒子の位置が推定でき、その周辺で励起スペクトルを測定したところ、装飾部位に励起子移動が起きていることが明らかとなった。微小共振器による量子電気力学効果を利用した発光緩和の制御では、架橋カーボンナノチューブと結合可能なナノビーム空気モード共振器を作製し、多数のデバイスから発光スペクトルを収集することで光結合を示すデバイスを特定する手法を確立した。また、カーボンナノチューブの清浄転写手法については、昇華性を持つアントラセン分子を利用した転写法を開発した。アントラセン単結晶を媒介膜として用いることで、転写後にも合成直後と同程度の明るい蛍光が得られることを示し、清浄な状態のまま転写可能であることを明らかにした。さらに、転写中に顕微分光を同時に行うことで、カイラリティが同定されたカーボンナノチューブを高精度で配置する技術を実現した。この手法の活用例として、既知のカイラリティを有するカーボンナノチューブの交差接合を実現したほか、カーボンナノチューブの励起子発光とフォトニック結晶共振器の決定論的な結合を実証した。