強光子場におけるナノ物質生成の3次元反応解析

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強光子場であるパルスレーザーを固体表面に照射すると,表面近傍の原子・分子は高密度に励起され,融解・蒸発・電離・結合切断などの緩和過程を経て,最終的に秒速数百mの速さで噴出する。この現象は,パルスレーザーアブレーションとして知られ,噴出した原子・分子からなる高密度のガス状雰囲気(プルーム)には,新物質や未来材料になるクラスターやナノ構造体が多く含まれる。特に有名な系としては,サッカーボール型の分子でC60やカーボンナノチューブなども,この方法での試料生成が確認された。本研究では,新規ナノ構造体の宝庫でありながらも未踏領域が多い強光子場反応場を,複数の手法により詳細に検討する。本年度は,シリコンのレーザーアブレーションで生成した生成物の光物性測定,構造解析を主に行った。特に,溶液中での反応にも発展させた。8種類ほどの溶媒の中に,シリコン粉末を入れてレーザーアブレーションした。その結果,ターゲットの周囲の三次元全てに溶媒が存在する環境で,強光子場反応を研究できる6生成物の電子顕微鏡観察ならびに動的光散乱測定を行うことにより,粒子サイズは2-4nmであることが明らかとなった。また,生成物のフォトルミネッセンススペクトルを測定した結果,溶媒により発光強度が50倍ほど異なった。また,発光量子収率の測定も行った。その結果,バルクシリコンの発光量子収率と比べ,発光強度が4桁程増加することが明らかとなった。以上をまとめると,三次元全方位から強光子場反応を誘起すると,粒子サイズは5桁程小さくなり,その粒子はバルクより量子収率が4桁増加する発光性量子ドットが生成することが明らかとなった。