大過冷を利用した新しい非線形光学材料創成プロセスの提案

磁気光学素子として用いられる希土類鉄ガーネットは,イオン半径の大きいNdやBiで希土類元素を置換することにより特性向上が望める.しかしながら,希土類元素のイオン半径増大に伴い格子定数が増大し,結晶格子中に歪を発生させるため,最大格子定数(1.254nm)以上ではガーネット構造が維持されないことが報告されている.本研究は,無容器過冷却・急冷凝固法を用いてNd置換Sm鉄ガーネットNd_xSm_<3-x>Fe_5O_<12>において,最大格子定数をとる置換量x=0.38以上のガーネット相を準安定的に生成することを目的とした.x=0.6を有する急冷試料のXRDにおいて,ガーネット相のピークを確認した.このプロセスにより最大格子定数以上においてもガーネット相を生成させることが可能であることがわかる.また熱処理後においてガーネット相ピークが消滅したことは,ガーネット相は準安定的に生成したことを示している.Ndの置換量を増加させた場合,準安定ガーネット相のピーク強度は徐々に減少するものの x=2.0までガーネット相を確認した.CCT図を用いた考察から,ガーネットの安定性と冷却速度の関係を整理できることがわかった.本手法に関して特許を出願した.また,スプラット急冷中の凝固挙動を模擬するため,赤外領域で透過するSi基板上に液滴を急冷させ,下部から赤外カメラで観察した.これにより,置換量X<2.0の場合,ガーネットが最初に形成され,その後,ペロブスカイトが形成されていることを映像として捕らえることができた.また,置換量X>2.0の場合,ペロブスカイトのみが形成されており,衝突時の液滴の変形に伴う冷却速度の分布が晶出相の分布につながっていることが理解できる.CCT図を用いた定性的な議論に対する実験的証明を与えることができた.

磁気光学素子として用いられる希土類鉄ガーネットは,イオン半径の大きいNdやBiで希土類元素を置換することにより特性向上が望める.しかしながら,希土類元素のイオン半径増大に伴い格子定数が増大し,結晶格子中に歪を発生させるため,最大格子定数(1.254nm)以上ではガーネット構造が維持されないことが報告されている.本研究は,無容器過冷却・急冷凝固法を用いてNd置換Sm鉄ガーネットNd_xSm_<3-x>Fe_5O_<12>において,最大格子定数をとる置換量x=0.38以上のガーネット相を準安定的に生成することを目的とした.x=0.6を有する急冷試料のXRDにおいて,ガーネット相のピークを確認した.このプロセスにより最大格子定数以上においてもガーネット相を生成させることが可能であることがわかる.また熱処理後においてガーネット相ピークが消滅したことは,ガーネット相は準安定的に生成したことを示している.Ndの置換量を増加させた場合,準安定ガーネット相のピーク強度は徐々に減少するものの x=2.0までガーネット相を確認した.CCT図を用いた考察から,ガーネットの安定性と冷却速度の関係を整理できることがわかった.本手法に関して特許を出願した.また,スプラット急冷中の凝固挙動を模擬するため,赤外領域で透過するSi基板上に液滴を急冷させ,下部から赤外カメラで観察した.これにより,置換量X<2.0の場合,ガーネットが最初に形成され,その後,ペロブスカイトが形成されていることを映像として捕らえることができた.また,置換量X>2.0の場合,ペロブスカイトのみが形成されており,衝突時の液滴の変形に伴う冷却速度の分布が晶出相の分布につながっていることが理解できる.CCT図を用いた定性的な議論に対する実験的証明を与えることができた.