光照射したチオシリケート発光材料におけるEu発光中心の局所状態観察

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K05492
• Research Institution: The University of Electro-Communications
• Principal Investigator: 小林 義男 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (30221245)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: フォトルミネセンス / バリウムチオシリケート / メスバウアー分光 / Eu / 光励起

Outline of Annual Research Achievements

希土類元素をドープしたフォトルミネセンス材料は、様々な光源および液晶ディスプレイに利用されている。本研究ではBaチオシリケート（BaSi2S5）にEuにドープした試料中のEuの電子状態を151Euメスバウアー分光を中心に研究を行なった。
得られたメスバウアースペクトルは、Eu(II)とEu(III)のそれぞれ幅広い1本の吸収線となった。全Eu吸収面積に対するEu(II)の割合は、温度上昇や紫外線照射により減少し、すべての試料においてEu(III)の割合が増加する結果を得た。低温に保持した試料と70℃に保持した試料のメスバウアースペクトルの結果から、高温に保持した試料のEu(III)成分が1.3倍増加した。紫外線照射下では、Eu(III)成分が1.5倍増加した。熱または光照射することにより、Eu(II)からEu(III) へ電荷移動が起きていることが示唆された。
熱励起あるいは光励起では、メスバウアースペクトルの異性体シフトや線幅にも違いがみられたことから、電荷移動のメカニズムや遷移状態が異なると考えらる。光照射した試料は長時間の残光現象を示したことから、光照射で励起された電子が伝導帯に遷移して、近くの空孔にトラップされ、時間をかけて基底状態に戻っているのではないかと示唆された。151Eu核の励起状態が基底状態に遷移する際の内部転換係数（e/γ）は、28と報告されている。メスバウアーγ線の吸収率の測定に比べて、内部転換電子を測定するCEMSが効率が高い。メスバウアー効果で放出される内部転換電子を測定する検出器を作製した。
これらの実験結果をもとに、高輝度放射光施設での実験協力者と実験計画と課題申請の検討を行なった。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

2020年4月と2021年1月に緊急事態宣言が発令されて、大学および各研究機関のコロナ関連対策などの影響を受けたため、当初の研究計画から計画を変更した。当初の計画からの遅れはあるものの、最終年度に含めることで当初の研究目的を達成したい。

Strategy for Future Research Activity

バリウムチオシリケートの光照射下における長時間発光の緩和現象を引き起こす準安定状態電子状態について、その場観測ができる内部転換メスバウアー分光（CEMS）を行うとともに、時間分割測定が可能な放射光メスバウアー法で行なうことを計画している。CEMSは、申請者がこれまで行なってきたインビーム・メスバウアー分光研究で用いたγ線検出器の技術を応用して、吸収体をバリウムチオシリケートとし、光照射条件で大学の研究室で行なう。放射光メスバウアー分光はSpring8 BL09XUビームラインにおいて紫外光源を
搬入して光照射前後でのスペクトル測定をする。

Causes of Carryover

今年度は、研究計画を変更せざるを得なかったために、予定していた実験機器や試薬等の購入や高輝度放射光施設への研究打合せのための旅費がなかったためである。研究計画の変更にともなう支出については、順次進めている。