Control of magnetic circular dichroism in doped semiconductor nanostructures based on the material nonstoichiometry

基于材料非化学计量的掺杂半导体纳米结构磁圆二色性控制

基本信息

批准号：
22H01890
负责人：
八尾浩史
金额：
$ 11.48万
依托单位：
Mie University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究は主に、非化学量論組成に基づくキャリアドープ半導体のナノ構造が発現しうる表面プラズモン特性に着目し、そのナノ構造を化学的に作製すると共に、光学及び磁気円二色性（MCD）応答とその起源や特異性を明らかして、高性能なプラズモン性半導体ナノ材料を得るための指針を得る事を目的として実施された。その半導体の代表例として、酸素欠損型の金属酸化物が注目を集めている。本研究代表者は非化学量論性の酸化タングステンWO3-xナノ構造体が磁気光学材料として非常に有望である事をMCD研究を通して世界に先駆けて提案した。しかしながらその本質的起源については不明であり、これを解明しなければ半導体ナノ材料を利用してのプラズモニクス研究に大きな進展は期待できない。とりわけ、性能の良いプラズモン性半導体ナノ構造を得るための指針を獲得し、作製パラメータを精密にコントロールして、そのMCD応答を変調・制御する事が必須であると考える。本年度は更に酸化物系材料を拡張し、酸素欠損型の酸化モリブデン（MoO3-x）及び異種金属元素ドープ酸化タングステン（MWO3-x）等を中心とするナノ粒子の作製とその機能性評価に実績を上げる事ができた。酸素欠損型の酸化モリブデンナノ粒子作製については、近年開発されたチオールによる室温合成法を適用した。しかし得られたナノ粒子は凝集が著しいために単離できない点に困っていたものの、水熱処理を行う事で分散性の良い試料を得る事に成功、MCDを始めとする分光特性や構造評価を行う事ができ、その特徴を明らかにした。また、酸化タングステンではセシウム（Cs）ドーピングを試み、高温反応を利用してのナノ粒子作製と光学・MCD評価を行った。首尾良くCsのドーピングに成功し、その光学特性、MCD応答を検討したところ、近赤外領域におけるプラズモン及びポーラロンを各々高感度に検出できる事を実証した。

这项研究主要是为了集中于表面等离激子特性，该特性可以基于非杂化的载体半导体的纳米结构，并以化学形成纳米结构，并阐明光学和磁性圆形二色症（MCD）响应，并获得其原点和特异性的指南纳米材料。作为该半导体的代表性示例，缺氧的金属氧化物吸引了人们的注意。通过我们的研究人员，研究人员的主任是世界上第一个提出非杂化氧化钨WO3-X纳米结构作为磁光材料非常有希望的。但是，它的基本起源尚不清楚，如果没有澄清，则在使用半导体纳米材料的血浆研究中无法期望取得重大进展。特别是，要获得具有良好性能，精确控制制造参数并调节和控制MCD响应的血浆半导体纳米结构的准则被认为是必不可少的。今年，我们进一步扩展了氧化物基材料，并能够改善我们在准备纳米颗粒（主要是缺氧的氧化钼（MOO3-X））和异种元素元素氧化钨（MWO3-X）方面的记录，并评估其功能。为了制备缺氧氧化钼纳米颗粒，应用了近年来使用硫醇的室温合成方法。但是，尽管由于显着的聚集而无法分离所获得的纳米颗粒，但他们能够通过进行热液处理来获得具有良好分散性的样品，并且光谱特性和结构评估（包括MCD）能够澄清其特征。此外，尝试使用高温反应并进行光学和MCD评估，并尝试使用氧化钨氧化剂量（CS）并产生纳米颗粒。成功掺杂了CS，并检查了光学特性和MCD响应，并证明可以以高灵敏度检测到近红外区域中的等离子和极性。