シグマ共役系シリコンクラスターおよびポリシランの量子物性

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本研究では、ナノメートルサイズのシグマ共役系化合物であるシリコンクラスターおよび次元構造の制御されたポリシランのサイズに依存した量子物性を明らかにするために研究を行った。特に、原子数が制御された高分子やオリゴマーであるポリシラン、オリゴシランさらにはシリコン微粒子を作成しその光学応答を研究した。シリコン骨格構造が、結晶とアモルファスの2種類の試料を用いて、光学特性が構造によりどのように変化するか研究した。サイト選択励起分光で得られたスペクトルの微細構造は、シリコンクラスターや微粒子の内部構造のフォノン特性を反映した発光スペクトルになった。シリコン系ナノ構造の可視発光特性は、内部構造の結晶性に非常に敏感であった。可視発光の起源が、キャリアの量子閉込め効果に起因するものなのかまたは構造的乱れによるキャリア局在に起因するのかを、試料の内部構造と表面構造を制御することにより明確にした。さらに、ゾルーゲル法によりポリシランやオリゴシランを無機ガラス中に埋め込んだハイブリッド薄膜を作製し、その光学特性を研究した。ポリシラン薄膜やハイブリッド薄膜は、紫外線照射により光電特性が変化するが、ハイブリッド薄膜を用いた作成した光・電子機能素子は有機ポリシランのみによる素子により長寿命になった。さらに、ハイブリッド薄膜ではガラスマトリックス中に有機ポリシランを分散させるため、有機ポリシラン鎖間距離を大きくでき鎖間のエネルギー移動を抑制することが可能であることを発光の偏光依存性の測定から明らかにした。