新核四重極共鳴法による結晶内電場勾配の測定と不純物の電子構造

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結晶内不純物原子の電子構造を系統的に研究するため、新核四重極共鳴法による結晶内電場勾配を系統的に解明した。これにより、第一原理に基づく電子バンド構造の理論計算が高い信頼性を有することが実証された。1)TiO_2中の金属イオンの置換位置にある不純物核^<45>Sc,^<93>Nbの電場勾配を合成結晶を用いてFT-NMR法で決定した。これと既存の^<111>Cd,^<181>Taのデータを説明し電子構造を解明するために、これらの不純物核の電場勾配を第一原理に基づくKKR法により理論的に計算した。この結果、この理論計算の高い信頼性を実証した。2)TiO_2中に短寿命ベータ放射性核^<12>を打ち込み、TiO_2中で^<12>Nが占める2種の格子位置を見いだし、各々の位置における結晶内電場勾配を決定した。3)濃縮アイソトープ^<17>Oを用いてTiO_2を合成し^<17>Oに対するFT-NMR法から酸素イオンの置換位置の電場勾配を決定した。TiO_2中に短寿命ベータ放射性核^<19>Oを打ち込み、TiO_2中で^<19>Oが^<12>Nの場合と同様2種の格子位置を占める事を見いだした。また各々の位置における結晶内電場勾配を決定した。三方晶系結晶Al_2O_3,CaCO_3の金属イオン置換位置の電場勾配を第一原理に基づくKKR法により理論的に計算した。理論計算の予言能力を確認するため、これらの結晶に^<27>Si,^<39>Caを打ち込み、ベータ線非対称放出を指標とする新核四重極共鳴法により四重極結合定数を測定し電場勾配を導出した。この場合も理論計算は高い信頼性を示した。