イオン結晶中の2価希土類イオンの励起状態の解明

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イオン結晶中の希土類イオンはレーザー材料や蛍光体等のいろいろな分野で研究されている。本研究では酸化物、フッ化物中のCe^<3+>,Eu^<2+>/Eu^<3+>の基底・励起電子状態を電子スピン共鳴スペクトルと光スペクトルの測定より調べた。Ce^<3+>は1電子系であり、基底状態波は4fで、励起状態は5dで表される。LiYF_4,LiCaAlF_6,CaYAlO_4と母体結晶を変えると、Ce^<3+>を取囲んでいる配位子の種類と数および対称性がかわり、その環境(結晶場)がどのようにCe^<3+>の基底状態・励起状態に影響を及ぼすかを調べた。基底状態はスピン・軌道相互作用により^2F_<5/2>と^2F_<7/2>に分裂し、さらに結晶場により^2F_<5/2>はさらに3つのレベルに分かれる。最低基底状態がどの状態に対応するかを電子スピン共鳴スペクトルより示した。また、吸収スペクトルの広がりより、励起状態のエネルギーレベルの分布を推定し、結晶場と励起エネルギー準位の関係を明らかにした。Eu^<2+>/Eu^<3+>を添加したKLaF_4結晶を育成し、その光スペクトルを調べた。Eu^<2+>の基底状態は4f^7で、励起状態は4f^65d^1で表される。パリティー許容な光学遷移4f-5dは5d電子が格子と強い相互作用をするので、幅の広いスペクトルに対応する。観測された吸収・発光スペクトルはかなり幅の広いスペクトルを示すので、Eu^<2+>によると同定された。X線照射によるEu^<2+>/Eu^<3+>の価数変化を調べ、X線照射によってつくられたF中心とEu^<2+>/Eu^<3+>の複合体のモデルを考慮に入れて、吸収・発光スペクトルの解析を行った。