課題番号：

JPMXP1223MS1002

実施機関：

自然科学研究機構

要約

ナノメートルサイズの半導体ナノ結晶（CsPbBr3やCdSe）は「量子ドット」と呼ばれ、卓越した発光特性や光耐久性を示すなど、光機能性ナノ材料として魅力的な物質である。さらに、複数の量子ドットが集まり配列すると、量子ドット間の相互作用が働くようになり、単独の量子ドットでは示さない新たな光物性が発現する。この優れた特性を利用することにより、既存のデバイス性能を超えた発光ダイオードや太陽電池等の発光・光電子デバイスの創出が期待されている。しかしながら、このような量子ドット間の相互作用に由来する物性は、量子ドットの分散溶液を基板上で自然乾燥させて得られた最密充填構造（超格子）においてのみ観測されている。そのため、超格子のような特異な構造以外においては、「量子ドット配列構造」と「光物性」の相関関係は明らかになっていない。量子ドット配列構造由来の光物性を明らかにするためには、配列を構築・制御する必要がある。しかしながら、量子ドットは、溶液中で高い分散性を示すため、量子ドット間の相互作用のみでは配列構造は形成し難い。これを克服するために、報告者らは最近、有機分子の自発的に集まる性質（自己集合）を量子ドットに組み込むことで、 溶液中で量子ドットを配列させることに成功してきた（参考文献）。このアフ?ローチを基盤にすることで、様々な量子ドット配列構造を構築することができれば、配列構造由来の新たな光物性の解明に繋がることが期待される。そこで本研究では、有機分子の自己集合を駆使することで、量子ドットの配列構造を自在に、そして精密に制御することを目的とした。配列制御に関する本手法が確立すれば、他の金属ナノ粒子、有機ナノ結晶、ホ?リマー粒子の緻密な配列制御の指針になり、当該量子ドット領域のみならず分子科学領域全体に多大な波及効果をもたらすことが期待できる。
本研究では、「量子ドットの1次元配列構造」、および「量子ドット－有機分子交互配列構造」の構築に取り組んだ。量子ドットとして、球状のCdSe量子ドット、およびキューブ状のCsPbBr3ペロブスカイトナノ結晶（PNC）を合成した。また、有機分子として、1次元ファイバー構造の形成が見込まれるコレステロール誘導体（Chol）とアゾベンゼン誘導体（Azo）、および3次元的な集合構造の形成が見込まれるペリレンビスイミド誘導体（PBI）を合成した。有機分子集合体は、低極性溶媒を用いた再沈法により形成させた。得られた有機分子集合体と量子ドットを混合することで、両者の共集合体溶液を作製した。これらの量子ドット、有機分子集合体、共集合体のサイズや形状・構造を、電界放出形透過型電子顕微鏡（TEM, ID番号:MS-203）を用いて、200kVの加速電圧で測定することにより評価した。