単層カーボンナノチューブでは遮蔽効果が弱いため、クーロン相互作用が強いことが知られています。そのため、発光波長も周囲の誘電環境に大きく影響を受けます。ほとんど遮蔽されていない架橋カーボンナノチューブですら、表面に吸着した分子による遮蔽が影響を与えている ことがわかっています。本研究では、架橋した単一のナノチューブを組み込んだ電界効果トランジスタ構造 を利用して、遮蔽効果が励起子ーキャリア相互作用に与える影響について調査しました。

カーボンナノチューブを化学気相成長 により合成した直後と表面に分子が吸着した後の発光特性を比較することで、分子の遮蔽効果の影響が分かります。下の図は、フォトルミネッセンスのゲート電圧依存性を清浄状態（上）と吸着状態（下）で比較したものです。

このデータから二つのことが分かります。まず、発光ピークの位置が分子吸着によって低エネルギーにシフトしていることです。特に、一番強度の強い励起子の発光とゲート電圧を加えた時に現れるトリオン の発光のエネルギー差が減少しており、トリオンの束縛エネルギーが分子遮蔽効果によって小さくなっていることが明らかになりました。

次に、励起子の発光が減衰しないゲート電圧領域にもわずかながら変化があることが分かります。分子吸着後は幅が狭くなっており、バンドギャップエネルギーが変わっていることを伺わせます。

本研究の詳細については、こちらの論文を参照してください。
T. Uda, S. Tanaka, Y. K. Kato Molecular screening effects on exciton-carrier interactions in suspended carbon nanotubes Appl. Phys. Lett. 113, 121105 (2018).