清浄な架橋カーボンナノチューブに量子欠陥を導入

May, 23, 2022, 和光--理化学研究所（理研）光量子工学研究センター量子オプトエレクトロニクス研究チームの小澤大知基礎科学特別研究員らの国際共同研究グループは、合成直後の清浄な表面を持つ架橋カーボンナノチューブに量子欠陥と呼ばれる発光体を導入する手法を開発した。

研究成果は、カーボンナノチューブを用いた量子光源の高性能化につながると期待できる。特にカーボンナノチューブ単一光子源は、室温で動作する通信波長帯の光子源であるため、小型化や長距離伝送に向いていることから、量子通信への応用が注目されている。

カーボンナノチューブに有機分子をまばらに結合させることで、量子欠陥を導入できる。カーボンナノチューブをシリコン基板の溝に架橋すると、一般的な溶液分散のカーボンナノチューブと比較して発光効率が数倍高くなるため、量子欠陥を導入できれば高性能な量子光源になると期待されてきた。しかし、既存の量子欠陥の導入手法は溶液中でのみ可能だった。

今回、国際共同研究グループは有機分子の蒸気を用いて反応させることで、架橋したまま量子欠陥を導入することに成功した。また、2,000本以上のカーボンナノチューブについて、反応前後の発光スペクトルを比較したところ、チューブ直径に依存した反応性や発光特性を示すことが明らかになった。

研究成果は、オンライン科学雑誌『Nature Communications』（5月20日付：日本時間5月20日）に掲載された。
(詳細は､https://www.riken.jp)

研究グループ
理化学研究所（理研）光量子工学研究センター量子オプトエレクトロニクス研究チームの小澤大知基礎科学特別研究員、加藤雄一郎チームリーダー（開拓研究本部加藤ナノ量子フォトニクス研究室主任研究員）、開拓研究本部加藤ナノ量子フォトニクス研究室の大塚慶吾訪問研究員（研究当時）、東京大学大学院工学系研究科機械工学専攻の丸山茂夫教授