量子井戸を用いたプラズモンーエキシトン結合場の制御と化学反応への応用

固体表面で進行する化学反応過程を理解することは，より効果的な触媒開発と，それに伴う効率的な物質生産の重要な要素である．特に，環境問題，エネルギー問題に関連して，光エネルギーを有効に利用する方法を提案，実証することは持続社会に向けた基盤となる。本研究では，半導体表面に作製した2次元金属に着目し，その低次元特有の電子状態が発現するプラズモン-量子井戸発光結合を化学反応へ適用する。従来の色素分子などを用いる研究とは異なり，原子レベルでメカニズムを調べることが可能であり，さらに共鳴波長の制御による反応収率の増大や熱反応では達成できない高エネルギー反応が期待できる。光エネルギーを効率的に化学反応の駆動力に変換するひとつの方法として，その可能性を検討する。具体的な内容としてまず、シリコン表面にインジウム薄膜に局在する量子井戸状態を作製し、状態間の遷移と走査トンネル顕微鏡の探針に誘起されるプラズモンとの相互作用を観測する。次に薄膜の膜厚を原子層レベルで制御することで量子井戸のエネルギーを変調し，これにより膜厚による相互作用の制御を達成する。このようにして励起されたプラズモンの脱励起過程において生成されるホット電子を化学反応へと応用することが目標である。最終的には薄膜上に銀ナノ粒子を配列し，ナノ粒子による局在プラズモンとの相互作用を利用することで，外部光エネルギーを化学反応に変換することを目標とする。

固体表面で進行する化学反応過程を理解することは，より効果的な触媒開発と，それに伴う効率的な物質生産の重要な要素である．特に，環境問題，エネルギー問題に関連して，光エネルギーを有効に利用する方法を提案，実証することは持続社会に向けた基盤となる。本研究では，半導体表面に作製した2次元金属に着目し，その低次元特有の電子状態が発現するプラズモン-量子井戸発光結合を化学反応へ適用する。従来の色素分子などを用いる研究とは異なり，原子レベルでメカニズムを調べることが可能であり，さらに共鳴波長の制御による反応収率の増大や熱反応では達成できない高エネルギー反応が期待できる。光エネルギーを効率的に化学反応の駆動力に変換するひとつの方法として，その可能性を検討する。具体的な内容としてまず、シリコン表面にインジウム薄膜に局在する量子井戸状態を作製し、状態間の遷移と走査トンネル顕微鏡の探針に誘起されるプラズモンとの相互作用を観測する。次に薄膜の膜厚を原子層レベルで制御することで量子井戸のエネルギーを変調し，これにより膜厚による相互作用の制御を達成する。このようにして励起されたプラズモンの脱励起過程において生成されるホット電子を化学反応へと応用することが目標である。最終的には薄膜上に銀ナノ粒子を配列し，ナノ粒子による局在プラズモンとの相互作用を利用することで，外部光エネルギーを化学反応に変換することを目標とする。