金属および半導体ナノ粒子の外部電場による発光制御

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発光特性に関して金属および半導体ナノ粒子と電場効果の間には二つの重要な問題が考えられる。一つは、金属自体を大きな電場の源と考えて、その電場が周囲の分子や物質の発光特性に影響を与えるのではというものであり、もう一つは金属や半導体ナノ粒子自身の発光特性が周囲の電場により影響を受けるのでは、というものである。前者は例えば、金属清浄表面では分子の化学吸着が容易に起こるために特異的な光化学反応を示すことや、発光の消光や発光の増強を誘導するRadiative Decay Engineeringにも関係する。私達は特に後者に着目し、金属や半導体ナノ粒子の発光特性が、外部電場によりどのように変化するかを調べた。例えば、ポリアミドアミンデンドリマー水溶液に塩化金水溶液を加え、それに水素化ホウ素ナトリウム水溶液を加えて還元することにより得られる金ナノクラスターの発光の電場効果を調べた。これらクラスターの水溶液は、一光子励起でAu_8は青、Au_<13>は緑色の強い蛍光を示し、各々の寿命は5.6ns、1.4nsであることを確かめた。Au_8クラスターをポリマー薄膜にドープし0.7MVcm^<-1>の電場を印加して電場蛍光スペクトルを得ることができた。電場蛍光スペクトルは蛍光スペクトルの零次、一次および二次微分の組み合わせで再現することができ、一次微分の寄与から、分子分極率の変化量が得られる。零次項の存在は電場により蛍光が消光することを示しており、CdSナノクラスターの場合と同様蛍光状態からの反応が電場によって加速されることを示している。これらの実験により、ナノ粒子の吸収、発光特性を外部電場を印加することにより制御できることを示した。