Md Shahjahan, Md Ataur Rahman, Sayef Fateure Rahman, Yaqing Zhang, Rihan Wu, and Elad Harel* “Nanoscale Plasmonic Heating-Induced Spatiotemporal Crystallization of Methylammonium Lead Halide Perovskite.” ACS Nano 2025, 19, 37910-37918. https://doi.org/10.1021/acsnano.5c12057
背景
ハロゲン化鉛ペロブスカイトは、次世代の光電子工学材料として極めて有望な物質である 。この材料は、組成の調整によって光の吸収波長を制御できる調整可能なバンドギャップや、強い光と物質の相互作用、高い光ルミネセンス量子収率、そして優れた電荷輸送特性を有している 。その合成の容易さと溶液処理の利便性から、高効率な太陽電池、発光ダイオード、レーザー、光検出器といった広範な用途への応用が期待されている 。特に、金属ナノ粒子に光を照射した際に自由電子が集団的に振動し、光エネルギーを局所的な熱に変換する「局在表面プラズモン共鳴（LSPR）」という現象は、ナノスケールでの精密な温度制御を可能にする 。また、多くの物質とは異なり、温度の上昇に伴って溶媒への溶解度が低下する性質である「逆溶解度」を持つ物質系においては、この局所的な熱が核生成の制御に極めて有効である 。この特性を利用すれば、ナノメートル規模の局所領域において、必要な時にのみ結晶化を誘起することが可能となる 。
従来の問題点
しかし、従来の蒸気拡散法や温度制御法では、核生成が不規則な場所で発生し、成長速度の遅延や構造的な不均一性が生じるという問題点がある 。これにより、結晶の向きや大きさ、光学特性に大きなばらつきが生じてしまう 。また、既存のレーザー技術を用いた手法においても、事前に種結晶を配置する必要があったり、結晶が再溶解してしまったりすることで、精密な空間制御を維持することが困難であった 。
解決方法と結果
そこで、本研究では金ナノロッド（AuNR）を配置した基板上で、種結晶を用いないプラズモン加熱駆動による核生成と成長の手法を確立した 。Cobolt社製の660 nmCWレーザーが、金ナノロッドの局在表面プラズモン共鳴を誘起し、周辺溶液を局所的に過飽和状態にすることで、狙った位置でのみ結晶の核生成を開始させるために使用された 。この手法により、高速顕微鏡を用いて核生成から結晶成長に至る過程をリアルタイムで可視化することに成功し、レーザー出力による結晶形態の制御可能性を明らかにした 。
※この要約は、オープンアクセス論文（CC BY 4.0）に基づいています。
論文で使用されたCoboltのレーザー
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