超分子鋳型を用いた量子ドットの螺旋状配列制御と円偏光発光の発現

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半導体ナノ結晶は量子ドットと呼ばれ、単独で優れた発光・光電子特性を示し、その発光波長は粒径に依存するため発光色が容易に調節できるナノ材料である。それらのデバイス性能は、量子ドットが形成する超分子集合構造に著しく依存するため、材料レベルで量子ドットの特異な物性を最大限に発揮するためには、集合構造の制御が鍵となる。本研究では、螺旋状に集合するキラルな有機分子を用いて「半導体ナノ結晶である量子ドットが螺旋状に配列する条件」を系統的に解明し、量子ドット螺旋構造とキロプティカル特性の相関関係を明らかにすることを目指している。この目的達成のために、キラル分子および量子ドットの合成、キラル分子の集合挙動解明、量子ドットの螺旋状配列制御およびそのキロプティカル特性解明を遂行する。2022年度は、量子ドットへの吸着基とキラル部位であるコレステロール部位をもつ新規化合物の合成、低極性溶媒中での自己集合挙動解明、量子ドットの吸着・配列挙動解明を行った。透過型電子顕微鏡観察および円二色性スペクトル測定の結果、キラル分子は溶液中において超分子キラリティを示す1次元ナノ構造体（ナノファイバ）を形成することが明らかになった。さらに、CdSe、CdSe/ZnS、CdSe/CdS、CsPbBr3の組成をもつ種々の量子ドットの合成を行い、透過型電子顕微鏡観察により構造と粒径分布を明らかにした。発光スペクトル測定により、ナノファイバ溶液に量子ドット溶液を加えることで、量子ドットの発光波長が変化することが分かった。これにより、量子ドットがナノファイバに吸着し、量子ドット間でのエネルギー移動が示唆された。