京都大学の研究グループは，半導体量子ドットを集めて結合させることで現れる新しい協同効果を発見し，その効果を利用して非線形光電流を増大させることに世界で初めて成功した（ニュースリリース）。

これまでの量子ドットの研究では，個々の量子ドットがばらばらの光学応答を示す場合がほとんどだった。つまり，量子ドットがたくさんあってもただの寄せ集めになっており，集まること自体に特別な効果は観測されてこなかった。

集めた量子ドットがお互いに協力してまとまった1つの光学応答を示す状況を作ることができれば，これまで以上に大きな光エネルギーや電気エネルギーを取り出すことができると期待される。しかし，どのようにすれば，そのような状況を作り出せるのか明らかになっていなかった。

研究グループは，集めた量子ドットがお互いに協力し合う状況を作り出し，量子ドット集合体の新しい物性機能を生み出すことを目的として研究を行なった。量子ドット同士を有機分子で結合させた量子ドット膜を作製し，光照射によって集団の量子ドットがどのような物性機能を持つのかを調べた。

具体的には，量子ドット太陽電池の研究で注目されているPbS（硫化鉛）量子ドットを材料に用いて，長さが異なる有機分子で量子ドット同士を結合させた複数の試料を作製した。光照射によって量子ドット内に作られた電子の応答を精密に計測するために，2つのレーザーパルス光を用いて光電流を発生させる実験を行なった。

量子ドット膜から取り出される光電流の量子干渉信号を計測したところ，量子ドット同士をつなぐ有機分子の長さを短くしていくと，非線形な光電流信号が増大していく現象を発見した。

照射するレーザー光の強さと有機分子の長さを変えながら詳細に計測することで，隣り合う量子ドットが協同的に応答し，それが光電流信号の増大を引き起こしていることを明らかにした。

量子ドット1個あたりに作られた電子の数で規格化しても信号が増大していることから，単に電流が流れやすくなったという範囲を超えた新しい現象であることが分かった。

有機分子の長さを炭素原子2個分まで短くすることで，集めた量子ドットがお互いに協力し合う状況を作り出し，電気信号を増大させることに成功した。

研究グループは，非線形な光電流が増大することは，照射した光のエネルギーが物質の中で高いエネルギーに変換されて電流として取り出せることを意味しており，低いエネルギーの光を有効利用した光センサーや太陽電池などの新しい技術につながるとしている。