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Development of novel high-refractive-index transparent materials containing Au, Ag, Cu ions

Research Project

Project/Area Number 17J04683
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Inorganic materials/Physical properties
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

石井 暁大  東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2017-04-26 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2018: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2017: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywordsパルスレーザー堆積法 / イオンビームアシスト / 酸化チタン / ガリウムリン / 窒化ガリウム / 熱力学的非平衡 / パルスレーザ堆積法 / 密度汎関数理論 / 屈折率 / バンドギャップ / 希土類-銀系酸化物 / 部分窒化ガリウムリン
Outline of Annual Research Achievements

本年度は、次の二点が主な成果である。
1) TiO2薄膜の高屈折率化モデルの構築
昨年度開発されたAlやMgアクセプターによるTiO2薄膜の高屈折率ルチル相化について、そのメカニズムを電気化学的手法を用いた実験により詳細に考察および調査した。昨年度報告した様に、本材料においては酸素空孔で電荷補償されたAlアクセプターが電子で補償された酸素空孔と会合するとDFT計算から示唆される。実際、ルチル型TiO2薄膜の電気化学的還元電位にAlアクセプターが及ぼす影響を実験的に調査したところ、10 mol%Al添加により還元電位が低下すると判明した。よって、AlアクセプターをTiO2に導入することで欠陥会合が形成され、これがルチル相に類する結晶構造を有するマグネリ相TixO2x-1結晶核となることで、TiO2が高屈折率なルチル相となったと考えられた。
2) GaPxN1-xの作製とその光学特性の評価
GaNとGaPの固溶体GaPxN1-xではxが0.4以上の場合に既存材料より高屈折率な新奇透明材料になる可能性が示された。そこで、この材料を自作したイオンビームアシストPLD装置を用いて作製しその光学特性を調査した。GaNとGaPは熱力学的にはppmオーダーしか固溶せず、作製条件を最適化し光学的に均質な固溶体GaPxN1-x をxが0.2-0.8の広い組成範囲で実現することに成功した。As-depo.状態の試料はTiO2やGaP、GaNよりナローギャップ方向にプロットされる光学特性を示した。これは試料が非晶質であることが一因であると考え、これら試料を窒素雰囲気で熱処理し結晶性の向上を図った。すると試料が一部リン酸塩化したため低屈折率およびワイドギャップ化した。成膜温度や基板、後熱処理条件を工夫し、結晶性が向上されたGaPxN1-xが得られれば高屈折率かつ透明な光学特性が得られると期待される。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2018 2017 Other

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results) Presentation (6 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Large and constant absorption coefficient in NbxTi1-xO2 thin films throughout the visible range2018

    • Author(s)
      Adam E.Shimabukuro, Akihiro Ishii,Itaru Oikawa, Yusuke Yamazaki, Masaaki Imura, Toshimasa Kanai, Fumio S. Ohuchi, Hitoshi Takamura
    • Journal Title

      Applied Surface Science

      Volume: 464 Pages: 61-67

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Magnesium Doping for the Promotion of Rutile Phase Formation in the Pulsed Laser Deposition of TiO<sub>2</sub> Thin Films2018

    • Author(s)
      Ishii Akihiro、Oikawa Itaru、Imura Masaaki、Kanai Toshimasa、Takamura Hitoshi
    • Journal Title

      MATERIALS TRANSACTIONS

      Volume: 59 Issue: 1 Pages: 33-38

    • DOI

      10.2320/matertrans.MB201704

    • NAID

      130006279158

    • ISSN
      1345-9678, 1347-5320
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] アクセプタ添加TiO2薄膜の電気化学的酸化還元挙動2018

    • Author(s)
      石井暁大、及川格、高村仁
    • Organizer
      応用物理学会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Preparation of high-n TiO2 thin films by pulsed laser deposition2018

    • Author(s)
      Ishii Akihiro, Itaru Oikawa, Hitoshi Takamura
    • Organizer
      2018 Russia-Japan Conference "Advanced Materials: Synthesis, Processing and Properties of Nanostructures"
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] アクセプター添加TiO2薄膜の電気化学的酸化還元挙動2017

    • Author(s)
      石井暁大、及川格、高村仁
    • Organizer
      固体イオニクスセミナー
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] TiO2薄膜の相制御とその光学及び電気化学的応用2017

    • Author(s)
      石井暁大、及川格、高村仁
    • Organizer
      固体イオニクスセミナー
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Low-Temperature Preparation of Rutile-Type TiO2 Thin Film for Dielectric Mirror2017

    • Author(s)
      Ishii Akihiro、Oikawa Itaru、Imura Masaaki、Kanai Toshimasa、Takamura Hitoshi
    • Organizer
      8th International Conference on Electroceramics
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Redox behavior of Acceptor-Doped TiO2 Thin Films Prepared by Pulsed Laser Deposition2017

    • Author(s)
      Ishii Akihiro, Itaru Oikawa, Hitoshi Takamura
    • Organizer
      MS&T17
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Remarks] 全ての色を強く等しく吸収する黒色コーティング材料を開発

    • URL

      https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2018/09/press-20180921-blackcoating.html

    • Related Report
      2018 Annual Research Report

URL: 

Published: 2017-05-25   Modified: 2024-03-26  

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