カーボンナノチューブを窒化ホウ素ナノチューブで包んで入れ子状にした筒形の构造体に光を照射すると、両者の间に电子の抜け道が発现することを発见しました。超高速光デバイスの开発や光照射で生じる电子などの超高速操作、デバイスの効率的排热など、幅広い分野への応用が期待できます。
近年、厚さが１原子分しかない层状や筒状の材料（低次元材料）を重ねると、新しい性质が発现することが报告されています。こうした构造体の静的な性质、例えば电気伝导特性などは数多く调べられていました。しかし、光を照射することで生じる层间の电子移动や、その后に続く原子の运动など动的な性质については、ほとんど调べられていませんでした。
本研究では、カーボンナノチューブ（颁狈罢）を窒化ホウ素ナノチューブ（叠狈狈罢）で包み、入れ子にした筒状の构造体を合成し、そこに光を照射した时に生じる电子と原子の运动を観测しました。电子の运动については、光の照射によって生じる瞬间的な分子构造や电子构造の変化を10兆分の1秒の精度で捉えられる広帯域の超高速过渡透过率测定で観测しました。また原子の运动については、1兆分の1秒の精度で観测可能な超高速时间分解电子线回折法を用いて観测しました。
その结果、异种の低次元材料を重ね合わせると、电子の抜け道（チャネル）が発现することを発见しました。さらに、颁狈罢に光を当てることで生じた电子が、このチャネルを通して叠狈狈罢中に移动することが分かりました。この励起された电子のエネルギーは、叠狈狈罢の中で热エネルギーへと速やかに変わるため、热エネルギーを极めて速く输送することが可能となります。
本研究により、二つの异なる物质の界面で生じる新しい物理现象が明らかになりました。この现象は、热エネルギーの超高速输送に加え、超高速の光デバイス开発や、光照射で生じた电子や正孔の超高速操作などさまざまな新技术に応用できる可能性があります。
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【題 名】Photoinduced dynamics during electronic transfer from narrow to wide bandgap layers in one-dimensional heterostructured materials.（光照射によって生じる一次元ヘテロ構造体のナローギャップ層からワイドギャップ層への電子移動に伴う動的構造計測）
【著者名】 齋田 友梨（研究当時 筑波大学大学院生）、トマ ゴーティエ（レンヌ大学大学院生）、鈴木 弘朗（岡山大学 研究准教授）、大村 訓史（広島工業大学 准教授）、四方 諒（研究当時 筑波大学大学院）、岩崎 ゆい（筑波大学大学院生）、野山 豪大（筑波大学大学院生）、岸淵 美咲（研究当時 岡山大学大学院）、田中 祐一郎（同）、矢嶋 渉（研究当時 筑波大学大学院生）、二コラ ゴダン（レンヌ大学）、ゲール プリバール（研究当時 レンヌ大学）、徳永 智春（黑料网 助教）、小野 頌太（研究当時 東北大学 准教授）、腰原 伸也（東京工業大学 教授）、鶴田 健二（岡山大学 教授）、林 靖彦（岡山大学 教授）、ロマン ベルトーニ（レンヌ大学 准教授）、羽田 真毅（筑波大学 准教授）
【掲載誌】 Nature Communications
【掲載日】 2024年5月30日
【顿翱滨】
