研究内容

量子ドット

量子ドット

量子ドット(Quantum Dot) は、量子化学、量子力学に従う独特な光学特性を持つナノスケールの半導体結晶のことを指します。通常、2-10nmの直径で、10-50個ほどの原子で構成されます。コロイドナノ結晶のサイズによってバンドギャップを調節することが可能であるため、粒径に依存した特徴的な発光特性を持ちます。量子ドットは、単に発光波長が調整可能でスペクトルの半値幅が狭いというだけでなく、高い量子効率を持ち、また一方で、幅広い波長を吸収することができます。エネルギー準位、バンドギャップ、伝導帯、価電子帯といった概念は、通常のバルクサイズの半導体の概念がそのままあてはまりますが、一つ大きな違いがあります。バルク状態では、半導体クリスタルの粒径は、Exciton Bohr Radiusよりも大幅に大きくなり、励起子は自然限界にまで及びます。しかし、半導体クリスタルが小さくなると、物質のExciton Bohr Radiusのサイズにまで近づき、電子エネルギー準位はもはや連続ではなくなり、離れ離れになって行き、つまりエネルギー準位同士の間に小さな分離が生じます。この分離したエネルギー準位の状態は、量子封じ込めと呼ばれ、この状態では、半導体物質は、バルクではなくなり、量子ドットと呼ばれる状態になります。この状態では、半導体物質の吸収・発光に大きな影響があります。バルク半導体物質と同様に、量子ドットでも電子はバンドギャップの端から端まで移動する傾向があります。しかし、量子ドットでは、バンドギャップのサイズは量子の粒径を変えるだけでコントロールすることができ、ドットの発光波長はバンドギャップに依存しますので、ドットの発光波長を非常に精密に調節可能です。
基本的に、量子ドットは溶液(水、各種有機溶媒)に分散させることができるので、低コストのプリント技術やコーティング技術を用いることが可能です。量子ドットの発色が明るく鮮やかであることに加えて、広範囲の波長の光を発光可能で、かつ高効率、長寿命、高い減衰係数であるために、その用途は生体イメージングや、照明、ディスプレイから太陽電池やセキュリティタグ、量子ドットレーザー、フォトニック材料、トランジスタ、熱電材料、量子コンピューターまで幅広く、さまざまな用途での利用を目的に活発に研究開発が進められています。

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