JP4878550B2 - 量子ドット操作方法および量子ドット生成操作装置 - Google Patents
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Description
本発明にかかる量子ドット操作方法は、超流動ヘリウム中にて直接生成した量子ドットに光を照射することにより、当該量子ドットを操作する方法である。
本発明に係る「量子ドット」とは、典型的には数ナノメートルから数百ナノメートルのサイズで、材質としては、半導体、金属、有機化合物から成る構造体で、量子力学的な効果が発現する系であれば特に限定されるものではない。後述する実施の形態では、半導体を用いている。半導体が好適である理由としては、例えば、その内部に励起子などの共鳴構造の鋭い電子状態が存在し、それらに対応する周波数のレーザー光を操作することで、大きな輻射力が得られると考えられるからである。
本発明にかかる操作方法では、量子ドットを超流動ヘリウム中で生成させる。このとき、「超流動ヘリウム」とは、2K以下の極低温状態にあると共に熱伝導率も非常に高く熱が散逸しやすいだけでなく、粘性が非常に小さいため拡散の効果や粘性抵抗が非常に小さい超流動状態のヘリウムを指す。上記超流動ヘリウム中にて量子ドットの生成を行うことにより、光が照射されることによって量子ドットに生じる温度上昇に伴う共鳴のぼけを回避することができる。上記共鳴は、後述する量子ドット操作における重要な因子であり、共鳴を効率よく引き起こすために量子ドットの温度上昇は避けることが好ましい。さらに、「超流動ヘリウム」は超流動状態であるため、生成された量子ドットはほとんど抵抗を受けることなく運動することができる。
上記のようにして生成した量子ドットは、サイズ分布が非常に広い。そのため、上述したように生成された量子ドットを光学的に応用しようとする場合は、量子ドットの粒子径を揃える必要がある。そこで、本発明にかかる操作方法では、上記のように生成した量子ドットに光を照射することにより、当該量子ドットを操作し(光操作し)、サイズを選別する。このとき照射される光としては、レーザー光が用いられる。なお、上記ドット生成用レーザー光との違いを明確にする便宜上、操作用のレーザー光を「ドット操作用レーザー光」と称する。
さらに、本発明に係る量子ドット生成操作装置は、量子ドットを生成させ、かつ、操作することを可能とする内部空間を有する筐体と、当該筐体内に位置し、量子ドットの材料からなる固体を保持する固体保持部と、固体保持部に保持される固体にレーザー光を照射し、レーザースパッタ法によって量子ドットを生成させるドット生成用レーザー光源と、生成した量子ドットにレーザー光を照射し、当該量子ドットを操作するドット操作用レーザー光源とを備えており、さらに、上記筐体は、内部空間内で超流動ヘリウムを保持可能となっていることを特徴としている。
本発明では、ナノオーダーの量子ドットを生成することができるとともに、当該量子ドットのサイズや配列を良好に制御することが可能となる。それゆえ、本発明は、広くナノテクノロジーに利用することができる。
Claims (15)
- 量子力学的効果が発現する、半導体からなる半導体量子ドットを超流動ヘリウム中にて直接生成して、生成した当該量子ドットに光を照射することにより、当該量子ドットを操作することを特徴とする量子ドット操作方法。
- 上記量子ドットが、超流動ヘリウム中にて、レーザースパッタ法によって生成したものであることを特徴とする請求項1に記載の量子ドット操作方法。
- 上記量子ドットに照射される光として、少なくとも1種類のレーザー光が用いられることを特徴とする請求項1または2に記載の量子ドット操作方法。
- 上記レーザー光は、量子ドットに生じる輻射力の複数あるピークの、それぞれのピークのエネルギー位置を中心とし、それらのピークの半値全幅の2倍の幅を有する複数の領域の1つ、あるいはいくつかにかかる周波数を有するレーザー光であることを特徴とする請求項3に記載の量子ドット操作方法。
- 上記レーザー光は、上記領域にかかる、互いに異なる周波数および/または互いに異なる進行方向や形状を有する複数のレーザー光であることを特徴とする請求項4に記載の量子ドット操作方法。
- レーザースパッタ法による量子ドットの生成が上記超流動ヘリウム中にて繰り返し行うことができることを特徴とする請求項1ないし5の何れか1項に記載の量子ドット操作方法。
- 上記量子ドットは、レーザースパッタ法によって生成した量子ドットに対してレーザースパッタ法を繰り返し行うことによって生成した、当該量子ドットよりも小さいサイズの量子ドットであることを特徴とする請求項1から6の何れか1項に記載の量子ドット操作方法。
- 上記量子ドットに照射される光によって、当該量子ドットを基板上に集積および/または固着させることを特徴とする請求項1から7の何れか1項に記載の量子ドット操作方法。
- 上記半導体が、I−VII族化合物の半導体であることを特徴とする請求項1から8までの何れか1項に記載の量子ドット操作方法。
- 上記I−VII族化合物の半導体が、ハロゲン化銅であることを特徴とする請求項9に記載の量子ドット操作方法。
- 量子ドットを生成させ、かつ、操作することを可能とする内部空間を有する筐体と、
当該筐体内に位置し、量子ドットの材料からなる固体を保持する固体保持部と、
固体保持部に保持される固体にレーザー光を照射し、レーザースパッタ法によって量子ドットを生成させるドット生成用レーザー光源と、
生成した量子ドットにレーザー光を照射し、当該量子ドットを操作するドット操作用レーザー光源とを備えており、
さらに、上記筐体は、内部空間内で超流動ヘリウムを保持可能となっており、
上記量子ドットは、量子力学的効果が発現する、半導体からなる半導体量子ドットであることを特徴とする量子ドット生成操作装置。 - 上記ドット操作用レーザー光源が発する光は、量子ドットの電子的遷移や、電子的遷移により変調を受けたMie散乱などによる輻射力のピークのエネルギー位置を中心とし、そのピークの半値全幅の2倍の幅を有する領域にかかる周波数を有するレーザー光であることを特徴とする請求項11に記載の量子ドット生成操作装置。
- 上記ドット操作用レーザー光源が発する光は、さらに、その輻射力によって、量子ドットの運動を制御し、沈降の停止や速度低減・捕捉・輸送などを行うことができるようになっていることを特徴とする請求項11または12に記載の量子ドット生成操作装置。
- 上記筐体内に、上記ドット操作用レーザー光源が発する光によって操作された量子ドットを集積および/または固着させる基板を備えていることを特徴とする請求項11から13の何れか1項に記載の量子ドット生成操作装置。
- 上記筐体としてヘリウムクライオスタットを用いることを特徴とする請求項11ないし14の何れか1項に記載の量子ドット生成操作装置。
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