ナノプラズモニクスによるカーボンナノチューブの新規光機能性の発現

使用纳米等离子体在碳纳米管中表达新的光学功能

• 批准号: 20048004
• 负责人: 松田 一成
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2008
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2008 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20048004/
• 关键词: カーボンナノチューブ; プラズモン

近年、単層カーボンナノチューブを新しい光学材料として応用することが検討されている。しかし、当初報告された発光量子効率は低く、光機能性材料として十分ではない。光学材料への応用を考えると、発光量子効率が何で決まっているかを明らかにし、またその量子効率を何らかの方法で上げることが最重要課題であると言える。本研究では、カーボンナノチューブの発光量子効率が実際にどのくらいの値であるのか、また何がそれを律則しているのかという、ナノチューブの基礎物理をまず明らかにする。さらに、ナノプラズモニクス技術を利用し、ナノチューブの発光効率の向上を目指し、新しい光機能性を探索することを目的として研究を行った。本年度は、カーボンナノチューブの発光量子効率を律則している要因の一つであるナノチューブの長さの効果を調べた。その結果、長さの異なるナノチューブからの相対発光強度を調べ、長さが短くなるほど発光強度が低下することが明らかとなった。これは、光励起によって励起子が拡散し、ナノチューブ端に到達することで非輻射再結合が生じるためであると考えられる。ここから、DNAでラップされたナノチューブにおける励起子拡散距離が50nm程度であることがわかった。一方で、実験結果から外装される無限長の長さをもつナノチューブにおいても励起子輻射寿命より発光寿命は短く、端だけでなく内部での非輻射センターも発光量子効率に大きく影響していることがわかった。さらに、表面凹凸を有するラフな金属基板にカーボンナノチューブを分散させ、プラズモン共鳴が関与した発光増強を確認し、その励起波長、金属基板とのスペーサー依存性を明らかにできた。

In recent years, 単 カ ー ボ ン ナ ノ チ ュ ー ブ を new し い optical material と し て 応 with す る こ と が beg さ 検 れ て い る. The initial report indicated that the quantum efficiency of the された emission of light was <s:1> low く, and the photofunctional materials were と <s:1> て て and very で な な な な な. Optical material へ の 応 tested え in を る と, 発 light quantum sharper rate が で definitely ま っ て い る か を Ming ら か に し, ま た そ の quantum sharper rate を what ら か の way on で げ る こ と が is the most important topic で あ る と said え る. This study で は, カ ー ボ ン ナ ノ チ ュ ー ブ の 発 light quantum が sharper rate be interstate に ど の く ら い の numerical で あ る の か, ま た what が そ れ を law is し て い る の か と い う, ナ ノ チ ュ ー ブ の fundamental physics を ま ず Ming ら か に す る. さ ら に, ナ ノ プ ラ ズ モ ニ ク ス technology using を し, ナ ノ チ ュ ー ブ の 発 の light working rate upward を refers し, new し い optical functional を explore す る こ と を purpose と し を line っ て research た. This year は, カ ー ボ ン ナ ノ チ ュ ー ブ の 発 light quantum を law working rate is し て い る by の a つ で あ る ナ ノ チ ュ ー ブ の long さ の unseen fruit を adjustable べ た. そ の results, long さ の different な る ナ ノ チ ュ ー ブ か ら の phase 発 seaborne light intensity を べ, long さ が short く な る ほ ど 発 low light intensity が す る こ と が Ming ら か と な っ た. こ れ は, light excitation に よ っ て excitation screwdriver が company し, ナ ノ チ ュ ー ブ arrive end に す る こ と で non radiation recombination が raw じ る た め で あ る と exam え ら れ る. こ こ か ら, DNA で ラ ッ プ さ れ た ナ ノ チ ュ ー ブ に お け る excitation screwdriver company, dispersion degree of 50 nm from が で あ る こ と が わ か っ た. Side で, be 験 results か ら dressing さ れ る infinite long の さ を も つ ナ ノ チ ュ ー ブ に お い て も excitation screwdriver radiation life よ り 発 は short く, light life end だ け で な く internal で の non radiation セ ン タ ー も 発 light quantum に large working rate き く influence し て い る こ と が わ か っ た. さ ら に, surface concave and convex を す る ラ フ な metal substrate に カ ー ボ ン ナ ノ チ ュ ー ブ を scattered さ せ, プ ラ ズ モ ン resonance が masato and し た 発 light raised strong を confirm し, そ の excitation wavelength, the metal substrate と の ス ペ ー サ ー dependency を Ming ら か に で き た.

项目成果

Nonradiative exciton decay dynamics in hole-doped single-walled carbon nanotubes

• DOI: 10.1103/physrevb.81.033409
• 发表时间: 2010-01-01
• 期刊: PHYSICAL REVIEW B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Matsuda, Kazunari;Miyauchi, Yuhei;Kanemitsu, Yoshihiko
• 通讯作者: Kanemitsu, Yoshihiko

Symmetry-induced nonequilibrium distributions of bright and dark exciton states in single carbon nanotubes

• DOI: 10.1103/physrevb.80.115436
• 发表时间: 2009-09
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Ryusuke Matsunaga;Y. Miyauchi;K. Matsuda;Y. Kanemitsu

Origin of low-energy photoluminescence peaks in single carbon nanotubes: K-momentum dark excitons and triplet dark excitons

• DOI: 10.1103/physrevb.81.033401
• 发表时间: 2010-01-01
• 期刊: PHYSICAL REVIEW B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Matsunaga, Ryusuke;Matsuda, Kazunari;Kanemitsu, Yoshihiko
• 通讯作者: Kanemitsu, Yoshihiko

Nano-carbon optics : fundamental physics and application of carbon nanotubes

纳米碳光学：碳纳米管的基础物理和应用

• 发表时间: 2008
• 作者: Yuhei Miyauchi;et al.;Kohei Yoshikawa et.al.;Akihiro Ueda et.al.;Kazunari Matsuda et.al.;Ryusuke Matsunaga et.al.;Hideki Hirori et.al.;Kazunari Matsuda;Kazunari Matsuda;Kazunari Matsuda
• 通讯作者: Kazunari Matsuda

Carrier multiplication in carbon nanotubes studied by femtosecond pump-probe spectroscopy

• DOI: 10.1063/1.2943649
• 发表时间: 2008-06
• 期刊: Applied Physics Letters
• 影响因子: 4
• 作者: A. Ueda;K. Matsuda;T. Tayagaki;Y. Kanemitsu