Kwansei Gakuin University Repository Title チップ増強を駆使した単一半導体量子ドットの発光挙動制御 Author(s) 立石, 知基 Citation 関西学院大学 Issue Date URL http://hdl.handle.net/10236/12353 Right http://kgur.kawansei.ac.jp/dspace 2013 年度修士論文要旨チップ増強を駆使した単一半導体量子ドットの発光挙動制御関西学院大学大学院理工学研究科化学専攻増尾研究室立石知基【序論】これまで我々は，金属ナノ構造体の局在表面プラズモン共鳴(LSPR)と相互作用した単一量子ドット(QD)の発光挙動について検討してきた1-3)。その結果，LSPRとの相互作用により，QDの発光挙動を制御可能であることがわかってきた。QD-LSPR 間の相互作用は，QDと金属ナノ構造体間の距離，およびQDの吸収・蛍光スペクトルと金属ナノ構造のプラズモン共鳴スペクトルのオーバーラップに強く依存する。そこで本研究では，LSPRと相互作用したQDの発光挙動を詳細に解明することを目的とし， AFMのチップ増強を駆使することで，QD-金属ナノ構造間の距離制御を試みた。金コートAFMチップ，および金ナノ粒子を付着したAFMチップ(金チップ)を用い，これをナノメートルスケールでQDに対して近づけることでQD-AFMチップ間距離を制御し，その距離に依存したQDの発光挙動変化を観測し，LSPRと相互作用したQDの発光挙動を詳細に解明することを試みた。【実験】QD として CdSe/ZnS(発光波長 605 nm)を用い，そのトルエン溶液をガラス基板上にスピンコートしたものを測定用試料とした。金ナノ粒子付着 AFM チップは，シリコン製 AFM チップにポリエチレンイミンを付着させ，その後，単一金ナノ粒子を吸着させることにより作製した。金コート AFM チップは，シリコン製 AFM チップに金を蒸着によりコートした市販品を用いた。共焦点顕微鏡と AFM を組み合わせた装置を用いて，実験を行った。励起光として，ピコ秒パルスレーザー(波長 405 nm) をラジアル偏光にした後，高倍率の対物レンズ(100 倍, N.A1.40)により集光することで Z 偏光とした。実験操作として，まず金チップを用いて，ステージスキャンにより，単一 QD の AFM 像と蛍光像を同時に測定した。その後，AFM 像から単一 QD を選び，その単一 QD に対して垂直方向にナノスケールで任意の距離に金チップを位置させ，単一 QD の蛍光強度，蛍光寿命，光子アンチバンチング挙動，蛍光スペクトルを測定した。【結果・考察】まず，金ナノ粒子付着 AFM チップを用いた結果について述べる。図 1 に金ナノ粒子を付着した後の AFM チップの SEM 像を示す。チップ先端に 70 nm の金ナノ粒子が付着していることから，この方法を用いて金ナノ粒子を付着させることが可能であることがわかった。そこで，この金ナノ粒子チップを用い，単一 QD の発光挙動評価を行った。しかしながら，金ナノ粒子チップを単一 QD に近づけても発光挙動の変化は図 1 金ナノノ粒子付着 AFM チップの SEM 像．右上の挿入入図はチッップ先先端を拡大ししたものでである．図2 金ココートチッププの SEM 像. 像観測されなかったた。この原原因として，金ナノ粒粒子チップをを用いた場場合，単一 QD の AFM 像像を測定すすることが出出来ず，金金ナノ粒子チチップをナナノスケールルで単一 QD Q に近づけることができきなかったであると考考えられる。次に、金コーートチップを用いた結結果に次に述述べる。図図 2 に用いたた金コートトチップの SEM M 像を示す。チップのの曲率半径径は 50 nm 程度であっ程った。この金金コートチチップを用いた場場合では，上述の金ナナノ粒子付付着 AFM の場合と異のなり，単一一 QD の AF FM 像を測定可能能であったた。そこで，この金コーートチッププを AFM に単一に QD にに対して近近づけ，それに伴伴う単一 QD Q の発光挙挙動を測定定した。図 3 には，単単一 QD から検出したた場合の蛍光減衰衰曲線(a-cc)，および光光子相関ヒヒストグラム(d-f)を示示す。(a,d)はは金チッププを近づける前の単一 QD D の発光挙動動である。 QD-金チッップ間距離離を 28 nm ににするとチチップを近づける前と比べべ，蛍光寿命命の短 (d) (aa) 寿命化が観測されれた。さらにに，チップ間距距離を 9.5 nm にするると寿命はさらに短寿命命化した。この場こ (e) (b b) 合の光子相関ヒスストグラムムおいては，中中心ピークが高くなっっており，アンンチバンチングを示すす確率 (f) (cc) が低くなっているることがわわかった。こののように，金コートチチップを用い，単一 QD に近づけるること -150 -100 0 -50 0 50 0 100 150 10 20 30 40 で，単一一 QD の発光挙動を変変化さ Decaay time (ns) IInterphoton time t (s) せることに成功しした。詳細なな距離図 3 単一 QD Q の蛍光減減衰曲線(aa-c)，および光子相関関制御とそれに伴う発光挙動動変化ヒストグラムム(d-f).(a,d))金コート近近づける前前.(b,e) QD Dップ間距離 28 nm のの場合.(c,f) QD-金コーー金コートチッについて検討したた。距離 9.5 nm m の場合. トチップ間距 1) Masuuo, S. Naikii, H. Machid da, S. Itaya,, A. Appl.Ph hys.Lett., 95 5, 193106 (22009) 2) Naiki, H. Masuoo, S. Machid da, S. Itaya,, A. J.Phys.Chem.C., 11 15, 23299 ((2011) hida, S. Itayya, A. J.Photochem.Pho otobio.A., 2337, 24 (2012) 3) Masuuo, S. Tanakka, T. Mach