韓国UNIST、単一量子ドットの輝度と色を調節する技術を開発

研究開発

韓国UNIST、単一量子ドットの輝度と色を調節する技術を開発

テレビなどのディスプレイ素子に使われる量子ドット(Quantum Dot)の明るさと色(波長)を調節する新しい方法が開発された。量子ドットの粒子を超微細探針で押し、明るさと波長を調節する方式だ。この技術は、薄く、消費電力の少ない量子ドットテレビのような、次世代量子ドットディスプレイ素子の開発を加速化できると期待されている。

ウルサン科学技術大学校(UNIST)物理学科のパク・ギョンドク教授とソンギュングァン大学校エネルギー科学科のジョン・ソヒ教授の共同研究チームは、ペロブスカイト量子ドットの一つ一つの粒子の明るさと波長を自由自在に調節することに成功した。「能動型探針増強広発光ナノ顕微鏡」の探針でペロブスカイト量子ドットに強い圧力を加え、構造的変形を誘導することで、量子ドットの光の明るさや波長を変えた。この技術は、量子ドットの明るさを10万倍以上明るくできるため、超高輝度ディスプレイに応用できる。

量子ドットは数ナノメートル(nm、10-9m)水準の大きさを持つ小さい半導体粒子である。特定の色の光を自発光するという特徴を持つため、光を照射するバックライトやカラーフィルタが不要で、薄いテレビやスマートフォンなどの画面に適している。しかし、量子ドットが合成された後は、その明るさや色などの発光特性の調節が難しいという問題があり、応用素材の開発は難航していた。

研究チームは、「能動型探針増強広発光ナノ顕微鏡」の原子チカラ探針を圧電素材と連結し、ペロブスカイト量子ドットに圧力を加えることで、発光特性を調節した。「能動型探針増強広発光ナノ顕微鏡」は研究チームが先行開発した技術で、制御可能断面積が10ナノメートル水準で狭いため、圧力(単位面積に加わる力)をギガパスカル(GPa)水準に高めることができる。探針を量子ドットから除去することで、量子ドットにできた機械的変形が回復し、量子ドットの構造的損傷による効率低下を防止できるという点も、この技術の特長である。

研究を主導したUNIST物理学科の大学院生は、「世界で初めて単一量子ドットの特性を可逆的に調節できると証明し、既存の量子ドット発光エネルギー制御研究の限界であった、効率低下問題の解決方法を提示した」と述べ、「既存の量子ドット光特性調節研究の通念を破った新しい研究」と説明した。

研究チームは、「能動型探針増強広発光ナノ顕微鏡」で機械的圧力を加えると同時に、機械的変形によって変化する量子ドットの発光特性を、光の回折限界をはるかに超える約15ナノメートルの空間分解能で分析することができた。特に、金の素材でできている原子チカラ探針と金薄膜の間に量子ドットを位置させることで、パーセル効果によって発光の強さが10万倍以上になることを確認した。また、量子ドットの色(波長)を決めるエネルギーバンドギャップも変化させることができた。

パク・ギョンドク教授は、「今回披露した波長可変超高輝度単一ペロブスカイト量子ドット技術を次世代ディスプレイに適用すると、非常に薄く、消費電力の低い量子ドットテレビを今よりはるかに低い単価で生産できるはず」と述べ、「ディスプレイ以外にも、様々な超小型ナノ光電子素材の開発にも使えるはず」と今回の研究の意義を説明した。

この研究で使用された10ナノメートルのペロブスカイト量子ドットはソンギュングァン大学校のジョン・ソヒ教授の研究チームと韓国生産技術研究院のウ・ジュヨン博士が製作した。また、量子ドットの常温安定化工程と基本特性の分析には、ハンヤン大学校物理学科のジョン・ムンソク教授の研究チームが参加した。研究結果の物理的解析のための理論計算は、韓国科学技術大学校(KAIST)物理学科のキム・ヨンヒョン教授の研究チームが主導的に行った。

この研究は韓国研究財団、UNIST、韓国生産技術研究院などの支援で遂行された。また、この研究は5月25日、国際ジャーナル、ACS Nanoに掲載され、単一量子ドット特性制御に関する技術の特許出願中である(韓国、欧米(PCT))。(研究題目: Tip-Induced Strain Engineering of a Single Metal Halide Perovskite Quantum Dot)
 
(参考記事:「韓国UNIST「一つ一つの穴の特性を調節できる多孔性素材合成技術を開発」発表」)
(参考記事:「韓国UNIST、次世代正極材内部での水素イオンの移動特性を明らかに」)
(参考記事:「韓国UNIST「曲げることでメタマテリアルの表面構造を変化させる技術を開発」」)


 
 
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