半導体ナノ粒子複合構造における多励起子状態とエネルギー移動過程の研究

半导体纳米颗粒复合结构中多激子态和能量转移过程的研究

• 批准号: 10J55312
• 负责人: 田口 誠二
• 金额: $ 0.9万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J55312/
• 关键词: 半導体ナノ粒子; 超高速分光; 高密度励起状態

CdSナノ粒子とCdTeナノ粒子が単一界面で接合しているCdS/CdTeヘテロダイマーナノ粒子の超高速キャリアダイナミクスを研究した。この構造は伝導帯の底をCdS部に、価電子帯の頂上をCdTe部に持つType-II量子構造であり、光励起された励起子を電子と正孔とに空間的に分離できると予想される。このType-II構造における電荷分離状態は、非輻射オージェ再結合を抑制し光学利得の閾値を低減するなど、多励起子状態において新たな機能性を生じさせることが期待できる。特に実験で用いたヘテロダイマーナノ粒子は中心対称性の破れた特徴的な形状を持つため、非常に高効率な励起子の電荷分離が可能であると考えられ、Type-II構造における新たな多励起子現象を探索するのに適した構造である。この構造における電荷分離を確認するために、既存の単一波長でのみ測定可能であったポンプ・プローブ測定系をプローブ波長を掃引しながら自動測定できるように改良し、過渡吸収スペクトルを測定した。その結果、CdSよりもバンドギャップエネルギーの小さなCdTe部のみを選択的に励起した場合においても、CdS電子準位を光キャリアが占有したことによるブリーチング信号を観測することができた。また、CdTe電子準位のポピュレーションの減少と同期してCdS電子準位のポピュレーションが増加しており、これらの結果からCdTeからCdSへ約400fsで電荷移動することを明らかにした。さらには、多励起子状態においては電荷移動が促進されていることを観測した。過渡吸収ダイナミクスの励起強度依存性を詳細に分析した結果、多励起子状態においてはCdTeの高エネルギーの電子準位から緩和を経ずに直接電荷移動する過程が新たに生じることがわかった。本研究の結果は、ナノ粒子中に閉じ込められた電子間の衝突によって効率的な電荷分離が可能であることを示唆しており、多励起子を利用することによって光電変換効率を劇的に向上させる可能性を提示する応用上も重要な結果である。

CdS particles and CdTe particles form a single interface, and the bonding process between CdS particles and CdTe particles is studied. The structure is composed of CdS at the bottom of the conduction band, CdTe at the top of the electron band, Type-II quantum structure, optical excitation, electron excitation, positive hole and spatial separation. The charge separation state of the Type-II structure is non-radiative, the recombination is suppressed, the threshold value of the optical gain is reduced, and the new functional state is expected. In particular, it is possible to explore the new multi-excitation phenomenon of Type-II structure by using the shape of particles with central symmetry and breaking characteristics, maintaining the charge separation of excitation drivers with very high efficiency, and exploring the appropriate structure. The structure of the charge separation is confirmed, and the existing wavelength is determined. The wavelength of the measurement system is scanned, and the automatic measurement is improved. The result is that the CdS electron level is occupied by the CdS electron level. The decrease of CdTe electron level and the increase of CdS electron level resulted in the decrease of CdS electron level and the decrease of CdS electron level. The charge transfer is facilitated by multiple excitation. Detailed analysis of excitation intensity dependence of transient absorption and excitation states; The results of this study suggest that the possibility of electron collision in particles and the possibility of electron charge separation in multi-excitation drive utilization may be important.

项目成果

CdS/CdTeヘテロダイマーナノ粒子の超高速キャリアダイナミクス

CdS/CdTe 异二聚体纳米粒子的超快载流子动力学

• 发表时间: 2011
• 作者: M. Takigawa;M. Horvaić;T. Waki;S. Krämer;C. Berthier;F. Lévy-Bertrand;I. Sheikin;H. Kageyama;Y. Ueda;and F. Mila;大島永康;田口誠二
• 通讯作者: 田口誠二

CdS/CdTeヘテロダイマーナノ粒子の高密度キャリアダイナミクス

CdS/CdTe 异二聚体纳米颗粒的高密度载流子动力学

• 发表时间: 2012
• 作者: 田口誠二;猿山雅亮;寺西利治;金光義彦
• 通讯作者: 金光義彦

Shape Dependence of Biexciton Recombination Dynamics in CdSe Nanocrystals and Nanorods

CdSe 纳米晶体和纳米棒中双激子复合动力学的形状依赖性

• 发表时间: 2010
• 作者: S.Taguchi;M.Saruyama;T.Teranishi;Y.Kanemitsu
• 通讯作者: Y.Kanemitsu

CdSeナノロッドの量子化オージェ再結合ダイナミクス

CdSe 纳米棒的量子化俄歇复合动力学

• 发表时间: 2010
• 作者: Brian O' Rourke;他;田口誠二
• 通讯作者: 田口誠二

Dynamics of charge separation ana multicarrier recombinaiton in CdS/CdTe heterodimer nanocrystals

CdS/CdTe 异二聚体纳米晶中电荷分离和多载流子复合的动力学

• 发表时间: 2012
• 作者: S.Taguchi;M.Saruyama;T.Teranishi;Y.Kanemitsu
• 通讯作者: Y.Kanemitsu