Development of innovative thermoluminescence materials using dielectric phase transition

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本研究では、強誘電状態から常誘電状態などへの誘電性相転移に伴う熱蛍光を実現し、放射線の線量測定における感度を劇的に上昇させることを目的とした。従来の熱蛍光体においては、放射線の照射により生じた電子正孔対の一部が、不純物（ドーパント）や欠陥などの局在中心に捕獲され、その後の加熱による再結合により蛍光（熱蛍光）を生じる。一方で、本研究で採用する誘電性相転移においては、電子や正孔の捕獲サイトのポテンシャルの顕著な変化により、捕獲されている全ての電子や正孔が捕獲サイトから離脱し、それらの再結合による蛍光が生じるため、従来の手法と比較し、熱蛍光強度が著しく増大すると期待した。この機構の導入により、従来の100倍以上の熱蛍光強度の増大を予想している。このような過程による高強度の熱蛍光の実現を通じて、蓄積型蛍光体を用いた線量測定における超高感度化を実現することを目的とした。今年度の研究では、主に酸化物系の誘電体材料に基づく熱蛍光体を開発した。特に、強誘電体光学材料として著名なLiTaO3において、実用化されているフッ化物系熱蛍光体を顕著に凌駕する熱蛍光強度を実現した。このことは、本研究のゴールである誘電体相転移を利用した高感度化における必要条件として、電子正孔対を多数捕獲可能な系を見出した点において重要である。さらに、添加した希土類イオンにより異なる熱蛍光挙動が得られたため、電子の捕獲サイトとして、酸素空孔以外のサイトも提供可能であることが示された。