酸化亜鉛（ZnO）の可視光領域における蛍光発光は、長く複雑な発展の歴史を持っています。過去の研究では、可視光領域の発光は不純物や構造欠陥（酸素空孔、亜鉛空孔、亜鉛間隙、表面状態など）の存在に起因するとされており、依然として一定の見解の相違があります。結晶性が良好で高発光効率のZnO量子ドットにおいて、可視光領域の発光機構を欠陥モデルに帰することは矛盾しています。本論文では、ZnO量子ドットの多重混合自己閉じ込め励起子発光モデルを提案し、400～700 nmの発光範囲を有する明るい単重項/三重項混合自己閉じ込め励起子発光を持つZnO量子ドットを作製しました。単重項励起子および三重項励起子の光励起放出量子収率（PLQY）はそれぞれ45.56％および22.44％でした。良好な透明性と明るい三重項励起子のおかげで、可視光領域におけるZnO量子ドットのX線検出イメージングを検討しました。ZnO量子ドットシンチレータ薄膜のX線最低検出限界は64.89 nGy/sまで低く、X線医用画像診断に必要な標準線量よりも低い値です。本研究は、可視光領域のZnO量子ドットの新たな発光モデルを提案し、ZnO量子ドットを基盤とした新規透明シンチレータを実現し、X線検出イメージングへの応用可能性を示しました。

ZnO量子ドット;自己閉じ込め励起子;単重項/三重項;X線イメージング