ワイドバンドギャップ結晶のイオンビームトラックからの電子-空孔プラズマ発光と物性

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11440127
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: The Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 木村 一宇 理化学研究所, ビーム分配技術開発室, 先任研究員 (40087614)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岡崎 清比古 理化学研究所, ビーム物理工学, 先任研究員 (70260198) ; 熊谷 秀和 理化学研究所, リニアック, 副主任技師
• Keywords: 電子-空孔プラズマ / 100ps寿命発光 / 金属酸化物 / イオン結晶 / 時間分解発光スペクトル / 単一イオン単一光子相関 / 高密度電子励起 / イオン照射

Research Abstract

重イオン励起によって生ずる電子励起状態の極端に大きな高密度励起効果を研究しいている中で、これまでの光物性の結果とは全く異なる発光帯を発見した。それは、UVからVISにかけての短命(〈100PS)幅広の発光で、はじめアルミナ結晶で見つかった。ついで、イオン結晶のほとんどすべてと他の酸化物ヤダイアモンドについて測定をおこなった結果、ほとんどの結晶について同様の発光が見つかった。すなわち特定の物質の特別な発光現象ではなく、普遍性の有る基礎発光体である。一方、収率に物質依存性が有る。励起密度依存性やdecayの温度依存性などの結果を合わせて考えると、電子-空孔プラズマと帰属できる。これは、絶縁体では初めてのことである。また、イオントラックの集団励起体の発光としてもこれまでにないものである。この結果は、絶縁体の極限環境における物性研究や、イオン照射効果の研究に対するブレークスルーになるのではないかと期待できる。であるがゆえに、帰属には完全を期したいので、他の可能性を詳しく調べた。第1に、荷電粒子と誘電体の電磁相互作用による発光である、遷移放射線の可能性を検討した。偏光、発光形状、効率からこれは否定できた。類似の過程である、チェレンコフと制動輻射は更に有り得ない。他方、この発光の正確な時間分解スペクトルを測定し、物質依存性を調べることは重要であるし、またやらねばならないことである。この発光の発見の決め手となった、われわれの開発した単一イオン単一光子時問相関法は世界最高速といえども現在単チャンネルしかなく、時間分解スペクトルには不利な点が有る。そのために、同時8チャンネル測定を開発することとした。特注で8chアノードのMCP入りPMTを作り、TAC,ADC,CFD,AMP,INTERF,等測定系を全て8CHとすることとした。現在、総合調整に入った段階である。

Research Products

• [Publications] K.Kimura et al.: "A new 100 ps-lived luminescence component and stimulated emission at 326 nm"Phys.Rev.B. 60. 12626-12634 (1999)
• [Publications] K.Kimura et al.: "Stimulated emission and exciton complex in some insulator"Nucl.Instrm.Meth.B. 154. -324 (1999)