※この記事は2024年11月に神戸新聞へ掲載されたものです。
地球温暖化や化石燃料の枯渇が問題となる今、光エネルギーの有効活用は必要不可欠です。そのため、私たちの研究室では、さまざまな物質に光が当たった時に起こる現象を詳しく調べています。対象としている物質の一つが「半導体量子ドット（Ｑｕａｎｔｕｍ Ｄｏｔ＝ＱＤ）」です。
少し前、半導体不足という言葉をよく耳にしました。この「半導体」は、スマートフォンや自動車、家電製品に使われるマイクロチップなどの電子部品を指していました。正確には「半導体」とは、それら電子部品の材料であり、金属のような電気を流す「導体」とゴムなどの「絶縁体」の間の性質をもつ物質のことです。代表的な半導体はシリコンで、屋根に乗っているソーラーパネルのあの黒い物質です。
半導体をナノメートル（１ナノメートルは１ミリメートルの１００万分の１）という極めて小さい粒子にしたものが半導体量子ドットです。ＱＤはサイズを変えることでさまざまな色の光を放つ性質を持っています。これは「量子閉じ込め効果」によるもので、ＱＤの特徴です。
ＱＤの魅力は非常に鮮やかで強い光を放つことです。そのため、テレビやスマートフォンのディスプレーに使われると、普通のものよりも明るく、色鮮やかな映像を映し出すことができます。
ＱＤの応用分野は広く、医療分野ではバイオイメージングという技術に役立っており、体の内部をより鮮明に観察するために使われています。さらに、太陽電池分野でも注目されており、ＱＤを使うことで高性能な太陽電池が開発されています。
これらＱＤの素晴らしさが評価され、２０２３年にはＱＤの合成技術を確立し、基礎的な性質を明らかにした研究者らがノーベル化学賞を受賞しました。選考委員は「ＱＤは人類に最大の恩恵をもたらしつつある。われわれはその可能性を探究し始めたばかりだ」と述べています。
ＱＤをさまざまな分野で活用するためには、その特性をしっかり調べる必要があります。私たちの研究室では、顕微鏡とレーザーを組み合わせ、「一粒のＱＤ」を測定する最先端の手法を用いて研究しています。ＱＤは大きさや形により性質が変わるため、従来の「多くのＱＤを同時に測定する」方法だと平均的な特性しか評価できません。
ＱＤを一粒ずつ評価することで、人にそれぞれ個性があるように、ＱＤの個性が分かり、目的にあった性能を持つＱＤを選ぶことができるのです。さらに、私たちはＱＤ表面にさまざまな分子をくっつけることで、これまでにない機能を見いだすことに成功しています。このような研究を進めることにより、みんながいつまでも豊かに暮らせるように、光エネルギーの有効活用に貢献していきたいです。
