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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。

This study is aimed at the development of semiconductor materials with basic, non-stoichiometric compositions, surface properties, structures, and chemical processes, as well as the origin, specificity, and high performance of semiconductor materials. As a representative example of semiconductors, acid-deficient metal acidifiers have attracted attention. The representative of this study proposed a new method for the study of non-chemical acidizing WO3-x structures, which is a promising way to conduct worldwide MCD research. The origin of the nature of semiconductor materials is unknown, and great progress is expected in the study of semiconductor materials. For example, if a semiconductor has a high performance, it is necessary to adjust the structure of the semiconductor. This year, the performance of the functional evaluation of the production of acid-based materials, acid-deficient acid-free substances (MoO3-x) and heterogeneous metal elements (MWO3-x) has been improved. The room temperature synthesis method developed in recent years is suitable for the preparation of acid deficient particles. The results show that the aggregation of particles is successful, the spectroscopic characteristics of MCD are successful, and the structural evaluation is successful. For example, in the case of high temperature reaction, the particle preparation and optical MCD evaluation were carried out. The first two examples are: optical properties, MCD response, near-infrared response, and high-sensitivity response.