Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
環状ネットワークに侵入した希土類イオンを持つベータ型サイアロンの優れた発光特性の起源となる侵入型発光中心の局所構造とその形成に至る物理的機構は、長年にわたって未解明問題のままである。この未解明問題を解き明かす鍵が電荷補償機構にあり、そのために導入された原子空孔が希土類イオン周囲のどこにどのように分布するのかを知ることが最重要課題であった。発光中心と原子空孔を微小領域蛍光X線ホログラフィー(XFH)とガンマ線誘起陽電子消滅寿命分光(GiPALS)を用いて可視化しようとするのが本研究であり、侵入型発光中心からなる超秩序構造の構造的特徴が優れた蛍光特性とどのように関わるか、その核心に迫る。
本研究では、狭線幅を有する高輝度緑色蛍光体であるβサイアロン蛍光体の環状ネットワークにユーロピウムイオンが導入されて形成される発光中心の“超秩序構造”とその形成過程を調べた。ユーロピウム添加の母体βサイアロンへの影響を一般的に行われる粉末XRDだけでなくEu-L3端XAFS、27AlMAS-NMR、XバンドESRでもおこなった。不純物を含まないβサイアロンにはAl源の原料の一部が反応せずに残っており、そのために窒素空孔が導入されることが判明した。この窒素空孔はユーロピウム添加量を増やすとともに減少し、未反応であった原料の一部が消失することを確認した。これらのことから、ユーロピウム添加は母体の固相反応を促進して窒素空孔の導入を抑制するフラックスとして作用することを明らかにした。ユーロピウム量を増やした試料で陽電子消滅寿命分光を分子化学研究所UVSOR施設と産業総合技術研究所関西センターでおこなった。その結果、ユーロピウム濃度とともに負に帯電した原子空孔の濃度が増加することが判明した。環状ネットワークにユーロピウムを導入するには電荷補償条件を満たす必要があり、そのために環状ネットワークの一部が欠損して原子空孔が導入されると考えられる。また、陽電子消滅寿命の値から原子空孔種を特定するためにDFT計算をおこなったところ、単空孔や原子空孔対では説明できない寿命値であり、複数の原子空孔からなる空孔凝集体が形成されることを明らかにした。βサイアロン蛍光体単粒子のEu-Lα蛍光X線ホログラフィーをSpring-8のBL39XUでおこなった。今回は、クロムフィルターと二次元検出器を用いたノーマルモードの測定配置で測定をおこなった。X線定在波線がホログラムに表れることが確認でき、断面の直径がわずか20ミクロン程度の微粒子であってもドーパントの局所構造を調べる道筋をつけることができた。
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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Chemistry Letters
Volume: 52 Issue: 3 Pages: 190-193
10.1246/cl.230013
Optical Materials: X
Volume: 14 Pages: 100156-100156
10.1016/j.omx.2022.100156
Frontiers in Materials
Volume: 9 Pages: 1-13
10.3389/fmats.2022.977371
Journal of Applied Physics
Volume: 130 Issue: 24 Pages: 245105-245105
10.1063/5.0072589
