2021 Fiscal Year Annual Research Report
陽電子消滅で探るCe:GAGG結晶の長寿命遅延発光とカチオン原子空孔の相関関係
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19K04997
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
北浦 守 山形大学, 理学部, 教授 (60300571)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鎌田 圭 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 准教授 (60639649)
石崎 学 山形大学, 理学部, 講師 (60610334)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | シンチレータ / 共賦活効果 / 原子空孔 / 陽電子消滅分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、ガンマ線陽電子消滅寿命分光(GiPALS)により、Ce:GAGGガーネットシンチレータ中でのカチオン空孔の存在を観測することに成功した。第一原理計算を行い、カチオン空孔の起源を特定することに成功した。これらの結果から、Ce:GAGGにおいて生ずる燐光がカチオン空孔の電荷補償体として導入された欠陥対であることを立証することができた。また、ガーネットシンチレータではマグネシウムやリチウムなど共賦活するとシンチレーション特性が顕著に変化する。そこで、Ce:LuAGガーネットシンチレータにおいてGiPALSを行い、空孔の起源を第一原理計算で探った。チョクラルスキー法とマイクロ引き下げ法を問わず育成されたCe:LuAG結晶においてアルミニウムサイトに空孔が導入されることを見出した。luAGではGAGGよりも空孔濃度は高く、より高温での結晶育成が関係していることを示唆した。マグネシウムやリチウムを共賦活したCe:LuAGではマグネシウムやリチウムがアルミニウム空孔サイトを占めることでアルミニウム空孔が抑制されることを明らかにした。化学量論組成から結晶を育成してもアルミニウムやガリウムが占めるサイトにカチオン空孔が導入されるのはガーネットシンチレータにおいて必然であり、共賦活の効果によってカチオン空孔の導入が抑制できると考えらえる。軽元素の占有サイト直接特定することは現状ではまだまだ困難であり、今後は重元素の共賦活効果も調べてシンチレータにおける共賦活効果の全容解明につなげたい。
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