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照射光の波長により光電流と光起電力の向きを制御できる光センサー - 北大

2017年10月6日 15時23分 (2017年10月6日 18時10分 更新)
北海道大学(北大)などは10月4日、照射する光の波長により光電流や光起電力の向きを制御できる光センサーの開発に成功したと発表した。

同成果は、イムラ・ジャパン、北海道大学電子科学研究所 三澤弘明教授、上野貢生准教授、東京大学大学院理学系研究科 合田圭介教授らの研究グループによるもので、10月3日付の英国科学誌「Nature Communications」に掲載された。

サイズが数~数10nmの金属ナノ微粒子に光を照射すると、金属ナノ微粒子表面の自由電子が集団運動を起こし、金属ナノ微粒子のサイズや形状に応じて特定の色の光を放つ「局在表面プラズモン共鳴」と呼ばれる現象が起こる。

金ナノ微粒子を酸化チタンなどの酸化物半導体基板上に配置し可視光を照射すると、酸化チタンは可視光を吸収することができないが、金ナノ微粒子の局在表面プラズモン共鳴により、金から酸化チタン伝導体へ電子が移動する。そこで今回の研究では、酸化チタンの薄膜層の上側に金ナノ微粒子を、下側に金薄膜を配置し、上側の金ナノ微粒子や下側の金薄膜から酸化チタンへ電子を移動させることで、照射する波長によって光電流や光起電力の方向を反転させることを試みた。

金ナノ微粒子を酸化チタン薄膜上方の内側に配置すると、金ナノ微粒子のプラズモン共鳴波長は650nmに出現する。それより長い波長の赤い光を照射すると、金ナノ微粒子のプラズモンが励起され、金ナノ微粒子から放出された熱電子が酸化チタン薄膜を通り金薄膜へ流れ込む。
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