2012 Fiscal Year Research-status Report
電子スピン共鳴法による電荷分離型光励起状態の再結合発光過程の実証
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23540369
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| Research Institution | Wakayama University |
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Principal Investigator |
秋元 郁子 和歌山大学, システム工学部, 准教授 (00314055)
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| Keywords | 再結合発光過程 / 光励起状態 / パルスESR法 |
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| Research Abstract |
本研究では、電子や正孔がもつスピン自由度に着目し、パルス光励起に引き続くパルス電子スピン共鳴（ESR）法とパルス電子‐電子二重共鳴（ELDOR、DEER）法を用いて、過渡的状態にある電子と正孔の空間分布配置をマッピングし、時間のべき乗で減衰する再結合発光の再結合確率分布を実験的に検証することを目的とする。すなわち、低温において光パルスで生成した数マイクロ秒から数ミリ秒持続するESRアクティブな電子励起状態をパルスESR法で時間分解的に測定する必要がある。
H24年度は、H23年度に可能となった電荷移動型分子ZnP-Si1-C60での三重項励起状態のスピンエコー観測に引き続き、C60励起三重項状態と導電性ポリマー-C60分子の電解移動型混合系のエコー測定を時間分解的に行い、励起状態でのエコー観測について知見を得、励起状態スピンのスピン緩和時間T1,T2を評価した。光励起状態のELDOR観測に近づいた。
一方で、再結合発光が観測できる物質系の選定が重要であるため、適切な物質系の探索を行った。シンチレーター母体結晶として有望なLaSc3(BO3)4(LSB)焼結体とランタノイドイオンについて基礎実験を行い、その結果を学会発表した。しかし、光励起状態のELDOR観測できる系では無いことが分かった。また、キャリア再結合発光が観測されているAlドープしたアナターゼ酸化チタン、AgCl結晶を入手し、実験をスタートさせた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
本実験をするために不可欠な寒剤の入手が困難なため本格的な実験ができず、本研究方法に合致する再結合発光する物質系の選定がまだできていない点が、「遅れている」という自己評価の要因である。
本研究は、結晶内でのキャリア再結合過程をスピン共鳴により観測しようとするもので、マイクロ波のエネルギーギャップでの熱分布を持たせた状態で観測するため、液体ヘリウムを寒剤とした低温での観測が不可欠である。しかしながら、H24年度半ば頃から、世界的にヘリウムガスの供給が滞り、日本においても業者によるヘリウムガス・液体の供給が十分に行えず、ガス回収施設のない当該研究機関では業者から購入できない状況が続いている。液体窒素温度（77 K）で測定を進めているが、キャリア散乱を押さえ、さらに十分なスピン熱分極を得るために液体ヘリウム温度（4.2 K）が欠かせない。
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| Strategy for Future Research Activity |
H25年度夏以降には液体ヘリウムの供給も元の状態に戻る予定ときいているので、それまで予備実験を進め、H25年度後半に本実験を進める。
(1) AgCl結晶について研究を進める。AgCl結晶では三重項自己束縛励起子からの発光が観測されるため再結合発光の系とは異なるが、励起状態研究のモデル物質として、更なる実験手法の確立のため実験を進める。
(2) Alをドープしたアナターゼ酸化チタン結晶では、ESR信号が得られ、かつ、電子正孔の再結合発光が観測されることが先行研究で分かっている。この結晶を入手したので、この再結合発光の励起状態の研究を行う。
(3) 蓄光性長残光物質についての先行研究の結果の調査から、本研究に適した材料としてEu,Ndイオンを添加したCaCO3（CAO）が有望であることがわかった。この材料をすでに取り寄せているので、研究を進める。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
・H24年度半ば頃から、世界的にヘリウムガスの供給が滞り、日本においても業者によるヘリウムガス・液体の供給が十分に行えず、ガス回収施設のない当該研究機関では業者から購入できない状況が続いている。従って、実験に必要な消耗品液体ヘリウムの購入を見合わせた。さらに、修理予定であった光学窓付きのクライオスタットのラディエーションシールド窓は真空ポンプで常に断熱真空を引いている状態では使えることが分かったので、修理を見合わせた。以上の状況から、繰越金が発生した。
・本実験に適した試料を入手し、液体ヘリウムもしくは液体窒素を寒剤とする低温下で実験するために、研究費の多くを使う予定である。
・本研究で使用するレーザー設備（SP, MOPO）の維持のため、予算を使う。
・研究結果を学会等で発表する。
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