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セリウムをドープした半導体性BaTiO_3:Ce単結晶の育成に成功した。
まず純粋なBaTiO_3単結晶を、原料組成mol比Ba/Ti=33.1/66.9において、TSSG方法で育成し、X線ラウエ法で方位を決め、約5mm角の立方体を切り出した。研磨後、1100℃で2時間熱ポーリングにより90°ドメンを消去し、さらに2KV/cmの電界をかけながら150℃から降温し、単分域の単結晶を作製した。この試料を用いて、室温から100℃まで波長632.8nmの線形電気光学係数r_cを測定した。単結晶のキュリー温度は131℃である。
単結晶育成時の種付け温度は約1420℃であり、育成中の冷却速度は0.3℃/hourである。BaTiO_3:Ceを育成際、310mlの白金坩堝を用いて、約790グラムの上記組成の原料に0.4wt%と0.1wt%のCe0_2を添加し、2度に渡って単結晶を育成した(番号AとBとする)。育成された単結晶A、Bともに真っ黒に見える。オージェ電子法での分析の結果、A試料には約0.42mol%、B試料には約0.25mol%のCeが検出され、ドープできることが確認された。またX線及び中性子回折法分析の結果、Ce添加の試料は純粋な試料と同じペロブスカイト構造を示し、A試料のc軸が0.00626Åほど縮んだことが分かった。
任意方向の未分極試料の電気低効率の温度特性を測定した。室温付近でA、B試料はそれぞれ約18Ωmと25Ωmで、100℃付近は11Ωm程度で、120℃から少し上昇する。電気的に半導体性を示す。両面とも白金電極を使用したので、Schottky障壁の影響が含まれている。
A、B両試料を0.5mm以下まで研磨して、顕微鏡で観察した結果、黄色透明な部分と青い不透明な部分が不規則に混在している。Ce^<3+>とCe^<4+>の不均一或いはCe分布の不均一などが考えられる。酸素雰囲気中の高温熱処理をしてみる予定である。
ただ今、Ce0_2のドープ量を0.01wt%に減らし、光学的には使える単結晶を育成している。尚、分極方法、最適なドープ量、光学実験なども検討中である。
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