Spatial and temporal super-resolution method for revealing quantum cooperative processes in semiconductor nanostructures

電子コヒーレンスを利用した新しい分光法を開発し、集団量子システムにおける協奏的な量子光機能の発現メカニズムを解明することが本研究の目的である。ナノ構造半導体を精密に配列し結合させた超構造体では、ナノ粒子間の量子協力過程によって集団として位相のそろった状態が生み出されるため、発光や電気信号が強まると期待される。本研究ではコヒーレンス形成過程を可視化し、光放出やキャリア生成における集団ナノ構造体の量子協力過程の全貌を解明する。本年は、光電流量子干渉分光システムの構築とナノ粒子間距離を制御した試料の作製を行った。光電流を検出するこの分光法では、パルス光励起によってナノ粒子に作られた電子をナノ粒子間結合を介して外部に光電流として取り出すため、ナノ粒子間結合の特徴を正確にとらえることができる。集団ナノ粒子の結合構造を制御するために、ナノ粒子表面を覆っているリガンドを化学置換した試料を作製した。レーザーパルス光を照射することでマルチエキシトンを生成し、高次の量子コヒーレント応答を観測することに成功した。またキューブ状ナノ粒子を自己組織化させた超構造体を作製した。顕微分光システムを構築することで単一ナノ超構造体の発光測定を行い、励起強度の増加にともなって急峻に成長する発光ピークが現れることを観測した。このような増強過程は、単一ナノ粒子では生じないため、ナノ粒子集団がもたらす重要な特長を表す現象である。

電子コヒーレンスを利用した新しい分光法を開発し、集団量子システムにおける協奏的な量子光機能の発現メカニズムを解明することが本研究の目的である。ナノ構造半導体を精密に配列し結合させた超構造体では、ナノ粒子間の量子協力過程によって集団として位相のそろった状態が生み出されるため、発光や電気信号が強まると期待される。本研究ではコヒーレンス形成過程を可視化し、光放出やキャリア生成における集団ナノ構造体の量子協力過程の全貌を解明する。本年は、光電流量子干渉分光システムの構築とナノ粒子間距離を制御した試料の作製を行った。光電流を検出するこの分光法では、パルス光励起によってナノ粒子に作られた電子をナノ粒子間結合を介して外部に光電流として取り出すため、ナノ粒子間結合の特徴を正確にとらえることができる。集団ナノ粒子の結合構造を制御するために、ナノ粒子表面を覆っているリガンドを化学置換した試料を作製した。レーザーパルス光を照射することでマルチエキシトンを生成し、高次の量子コヒーレント応答を観測することに成功した。またキューブ状ナノ粒子を自己組織化させた超構造体を作製した。顕微分光システムを構築することで単一ナノ超構造体の発光測定を行い、励起強度の増加にともなって急峻に成長する発光ピークが現れることを観測した。このような増強過程は、単一ナノ粒子では生じないため、ナノ粒子集団がもたらす重要な特長を表す現象である。