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
著者 立石 知基
URL http://hdl.handle.net/10236/12353
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
観測さ AFM 像 づける
次 のSEM 用いた場 測定可能 それに伴 蛍光減衰 ける前 近づけ 寿命化 ップ間距 命はさ 合の光 ては，中 り，アン が低く た。この を用い で，単一 せるこ 制御と につい
1) Masu 2) Naik 3) Masu
図 の 先
れなかった 像を測定す
ことができ に、金コー
M像を示す
場合では，
能であった 伴う単一Q 衰曲線(a-c の単一QD る前と比べ が観測され 距離を9.5 らに短寿命
子相関ヒス 中心ピーク ンチバンチ
なっている のように，
，単一QD 一QDの発
とに成功し それに伴 て検討した
uo, S. Naiki i, H. Masuo uo, S. Tanak 図1 金ナノ のSEM像．
先端を拡大し
た。この原 することが出
きなかった ートチップ
。チップの 上述の金ナ た。そこで，
QDの発光挙
c)，および光 Dの発光挙動 べ，蛍光寿命 れた。さらに
nmにする 命化した。こ ストグラム が高くなっ ングを示す ることがわ 金コートチ に近づける 光挙動を変 した。詳細な う発光挙動 た。
i, H. Machid o, S. Machid ka, T. Mach ノ粒子付着
右上の挿入 したもので
原因として，
出来ず，金 であると考 を用いた結 の曲率半径
ナノ粒子付 この金コー 挙動を測定 光子相関ヒ 動である。
命の短 に，チ ると寿 この場 ムおい ってお す確率 わかっ チップ ること 変化さ な距離 動変化
da, S. Itaya, da, S. Itaya, hida, S. Itay AFMチッ 入図はチッ である．
図 ヒ 金 ト
金ナノ粒 金ナノ粒子チ
考えられる 結果に次に述 径は50 nm程 付着AFMの
ートチップ 定した。図 ヒストグラ
QD-金チッ
, A. Appl.Ph , A. J.Phys.
ya, A. J.Pho プ
ップ
3 単一Q ストグラム コートチッ チップ間距
10 20
Deca
粒子チップを チップをナ
。
述べる。図 程度であっ の場合と異 プをAFMに
3には，単 ム(d-f)を示 ップ間距離
hys.Lett., 95 Chem.C., 11 tochem.Pho
QDの蛍光減
ム(d-f).(a,d) ップ間距離 距離9.5 nm
(c (b (a
30 40
ay time (ns)
図2 金コ
を用いた場 ナノスケール
図2に用いた った。この金 なり，単一 に単一QDに 単一QDか 示す。(a,d)は 離を28 nmに
5, 193106 (2 15, 23299 ( otobio.A., 23
-150 -100
減衰曲線(a )金コート近
28 nmの mの場合.
c) b) a)
I
コートチップ
場合，単一 ルで単一 Q
た金コート 金コートチ 一QDのAF に対して近 ら検出した は金チップ にするとチ
2009) (2011)
37, 24 (201
0 -50 0 50
a-c)，およ 近づける前 の場合.(c,f)
Interphoton t
プのSEM像
QD の QD に近 トチップ チップを FM像を 近づけ，
た場合の プを近づ チップを
2) (f) (e) (d)
0 100 150
び光子相関 前.(b,e) QD
QD-金コー
time (s)
像.
関 D- ー
