水素含有希土類添加酸化物の発光特性の物理と新規シンチレータ材料応用への展開

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前年度までに得られた研究成果に基づいて、添加元素や水素、酸素空孔の影響が見られた系について系統的な実験および計算の結果を整理し、その傾向を明らかにしてメカニズムのモデル化を行うための評価、考察を行った。Y3Ga5O12(YGG)において、Zn添加により4f-5d吸収ピークが短波長側にシフトしていることからわかるPr3+の5d準位が高エネルギー側へシフトしている傾向と、ホストの吸収スペクトルの変化からわかるZn添加によりバンドギャップが小さくなる傾向から、励起された5d準位にあった電子が伝導帯へ移動するような熱活性のプロセスが増加した可能性を示し、これが4f-4f発光が減少した原因と考えた。また、同様にY3Al2Ga3O12(YAGG)においてもZn添加によりPr3+の5d準位が高エネルギー側へシフトしている傾向がみられたが、バンドギャップが大きく5d-4f発光を示すYAGGにおいてはYGGのような影響よりも活性化エネルギーの増加から5dから4fへの非輻射遷移が減少し、5d-4f発光は増加し、4f-4f発光は減少する傾向となったと考えた。欠陥準位の働きについて温度依存性にも注目したため、ホストによる遷移スペクトルの温度依存性の違いなどを調べるために、これまでに水素含有試料で測定して水素、酸素欠陥の効果を調べてきたペロブスカイト型酸化物、またパイロクロア型酸化物を例にとってホスト組成、ホストと希土類イオンの組み合わせによる遷移スペクトルの温度依存性の違いについて調べた。特にパイロクロア型酸化物のうち一部の系において添加した希土類イオンが元のイオンよりも小さい場合に存在位置に広がりをもつことが予測でき、これが希土類イオンの遷移スペクトルをブロードにする可能性があると考えた。またこれを実測スペクトルにて確認した。