Research Abstract


Efficient near-infrared up-conversion photoluminescence in carbon nanotubes

2015年11月16日 Nature Communications 6 : 8920 doi: 10.1038/ncomms9920


フォトルミネセンス現象は、通常、放出される光子のエネルギーは励起光子エネルギーより一般的に低いというルミネセンスのストークスの法則に従う。今回我々は、1光子励起条件下でカーボンナノチューブがこの法則を破ることを示す。我々は、放出光子より100~200 meV以上低エネルギーの光子による励起でも、カーボンナノチューブが効率の高い近赤外フォトルミネセンスを室温で示すことを見いだした。この一見異常な現象は、局在状態が偶然あるいは意図的に埋め込まれた1つ1つのカーボンナノチューブ内で発現する特異な励起状態ダイナミクスに起因する、効率の高い1フォノン支援アップコンバージョン過程によるものである。こうした知見は、近赤外光領域における環境発電、オプトエレクトロニクス、深部組織フォトルミネセンス・イメージングの新たな扉を開く可能性がある。

Naoto Akizuki, Shun Aota, Shinichiro Mouri, Kazunari Matsuda & Yuhei Miyauchi

Corresponding Author

宮内 雄平
京都大学エネルギー 理工学研究所

Photoluminescence phenomena normally obey Stokes’ law of luminescence according to which the emitted photon energy is typically lower than its excitation counterparts. Here we show that carbon nanotubes break this rule under one-photon excitation conditions. We found that the carbon nanotubes exhibit efficient near-infrared photoluminescence upon photoexcitation even at an energy lying >100–200 meV below that of the emission at room temperature. This apparently anomalous phenomenon is attributed to efficient one-phonon-assisted up-conversion processes resulting from unique excited-state dynamics emerging in an individual carbon nanotube with accidentally or intentionally embedded localized states. These findings may open new doors for energy harvesting, optoelectronics and deep-tissue photoluminescence imaging in the near-infrared optical range.