2017 Fiscal Year Annual Research Report
Improvement of scintillation properties of new type scintillator crystals with gadolinium ions based on electronic structure analysis
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26420673
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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) |
小笠原 一禎 関西学院大学, 理工学部, 教授 (10283631)
黒澤 俊介 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 准教授 (80613637)
渡邊 真太 関西学院大学, 理工学研究科, 研究員 (30554828) [Withdrawn]
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | シンチレータ / Ce:GAGG / 結晶欠陥 / 赤外分光 / 放射光 / 自由電子レーザー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究ではCe含有Gd3Al2Ga3O12(Ce:GAGG)シンチレーターの特性改善を目指して、この物質に含まれる結晶欠陥の起源を分光学的手法により調べた。研究実績の概要は以下のように要約される。
(1) 赤外吸収分光法により、Ce:GAGGでは酸素空孔に隣接したアンチサイトGd3+イオンが浅い電子捕獲中心となることを見出した。自由電子レーザーを用いた輝尽発光分光法により、電子捕獲準位が伝導帯の底から0.31eVの位置に存在することを見出した。アンチサイトGd3+イオンはガーネットの固有欠陥でありこれを制御するのは難しいが、酸素空孔さえ制御できれば特性向上を図ることができる。
(2) 酸素空孔がカチオン空孔の電荷補償体として導入されると予想される。これを立証するために、放射光と超短パルスレーザーを用いた表面光起電力効果を測定した。その結果、Ce:GAGGにカチオン空孔が導入されていることを見出した。
(3)最近、二価金属イオンを共添加すると特性改善が見込まれることが報告された。これはカチオン空孔位置を二価金属イオンが占有するためであり、その結果として酸素空孔の導入もまた抑制されると予想される。これを立証するために、陽電子消滅寿命スペクトルの測定を行った。マグネシウムイオンを共添加すると、カチオン空孔が抑制される知見を得ることができた。
以上のことから、Ce:GAGGシンチレータの特性改善にはカチオン空孔の抑制が鍵であり、そのためには二価金属イオンの共添加が有効な手法であることを明らかにすることができた
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