半導体ナノ結晶：より多くの光子を得る方法

半導体ナノ結晶を適切なエネルギーのレーザー光で励起すると、励起子とも呼ばれる電子正孔対が生成され、一定の時間が経つと再結合して、光が放出される（フォトルミネセンス、PL）。このPLは、単一励起子の崩壊や多重励起子複合体の連続崩壊によって生じる。こうした2つのタイプの発光の理想比率は、ナノ結晶が使われているデバイスのタイプによって異なる。今回、関西学院大学と北海道大学の増尾貞弘たちは、プラズモンナノ構造体を用いてナノ結晶が放出するPLのタイプを制御する方法を実証している。

増尾たちは、プラズモンナノ構造体として、銀をコートした原子間力顕微鏡（AFM）ティップを用いた。AFMティップとナノ結晶の間隔を狭くすると、PL強度が増大するのが観察された。これは、ティップ上の表面プラズモンによるナノ結晶の電子と正孔の相互作用に起因して多重励起子複合体の密度が高くなるためであると、彼らは考えた。この仮説は、放出される単一光子の数の直接的尺度を与える二次相関関数を評価することによって確認され、ティップがナノ結晶に近づくと、単一光子放出に対する多光子放出の比が大きくなることが示された。