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ナノ結晶の空間的な外場制御によるマルチ機能ガラス材料の創製

研究課題

研究課題/領域番号 19656163
研究種目

挑戦的萌芽研究

配分区分補助金
研究分野 無機材料・物性
研究機関東北大学

研究代表者

藤原 巧  東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (10278393)

研究期間 (年度) 2007 – 2009
研究課題ステータス 完了 (2009年度)
配分額 *注記
3,300千円 (直接経費: 3,300千円)
2009年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
2008年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2007年度: 1,800千円 (直接経費: 1,800千円)
キーワードナノ結晶化ガラス / 酸化亜鉛ナノ結晶 / 半導体含有結晶化ガラス / 広帯域発光 / 強配向構造 / 分極反転 / 第二高調波発生 / 擬似位相整合 / 結晶化ガラス / 光結晶化 / 光非線形性 / 電気光学効果 / 光ファイバ型素子 / レーザー結晶化 / 酸化チタン / テルル・ナノ結晶
研究概要

最終年度である平成21年度の目標を、「ガラス等をベースとするマルチ機能材料の創製と革新機能性の評価」として実施し、次に示す成果を得ることが出来た。
(1)特異な配向構造と発光特性を有する酸化亜鉛を含有するナノ結晶化ガラスの開発:多様な電子・光機能性を示す酸化亜鉛(ZnO)について、ガラス中にナノ結晶として析出させることで、ガラス-結晶の界面準位や非平衡酸素欠陥などの可変的な導入が期待される。これは、例えばナローギャップ化による発光特性の拡幅など、さらなる高機能性化の実現につながる。この目的の元に、ある種のガラス系を前駆体とし、結晶化処理条件を最適化することによってZnOが単相で析出し、かつ50%以上の体積分率を有する従来にはない半導体含有結晶化ガラスを得ることに成功した。この結晶化ガラスは、熱処理条件や局所的なレーザー加熱、さらには外部印加電場による結晶化処理に依存して高い結晶配向性を示し、また単結晶等に比べて長波長領域にブロードな発光特性を示す。これらは局所的な外場制御により発現した特異な形態や光物性であることが示唆され、新規なガラスベースのマルチ機能材料につながる基盤的な成果が得られたといえる。
(2)酸化亜鉛薄膜の極性制御による1D/2D分極反転構造の形成と第二高調波発生:従来例に比して波長領域が格段に広い非線形光学素子への応用を目指して、分極反転構造を有するZnO薄膜を用いて、非線形光学特性の評価を実施した。1次元および2次元分極反転構造に特有の入射光角度成分に対して位相整合により振幅増幅された高調波発生を確認した。特に2次元分極反転構造は、これまで報告されている誘電体結晶の場合と比較して、およそ一桁以上の微細化が可能となり、より高機能・多機能な素子展開が期待される。

報告書

(3件)
  • 2009 実績報告書
  • 2008 実績報告書
  • 2007 実績報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2009 2008 2007 その他

すべて 雑誌論文 (11件) (うち査読あり 11件) 学会発表 (6件) 図書 (1件) 備考 (3件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] ZnO glass-ceramics : An alternative way to produce semiconductor materials2009

    • 著者名/発表者名
      H.Masai
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters 94

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Origin of second-order nonlinear optical response of polarity-controlled ZnO films2009

    • 著者名/発表者名
      J.S.Park
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters 94

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electro-Optic Fiber Devices in Crystallized Glass2009

    • 著者名/発表者名
      T.Fujiwara
    • 雑誌名

      New Breeze(日本ITU協会) 21

      ページ: 18-19

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Crystallization and nanometric heterogeneity in glass : In situ observation of the boson peak during crystallization2009

    • 著者名/発表者名
      Y.Takahashi
    • 雑誌名

      Physical Review B 79

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of SnO addition on optical absorption of bismuth borate glass and photocatalytic property of the crystallized glass2008

    • 著者名/発表者名
      H. Masai
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters 92

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Transparent nonlinear optical crystallized fibers with highly oriented Ba_2TiGe_2O_8 crystals2008

    • 著者名/発表者名
      Y. Hane
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics 103

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Crystallization behavior of optical fibers with multi layered structure for nonlinear optical devices2008

    • 著者名/発表者名
      N. Iwafuchi
    • 雑誌名

      Journal of the Ceramic Society of Japan 116

      ページ: 1115-1120

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] ガラスの結晶化/光結晶化と非線形光学応用2008

    • 著者名/発表者名
      藤原巧
    • 雑誌名

      セラミックス 43

      ページ: 1036-1041

    • NAID

      10024784531

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fabrication of metal nanocluster and nanoparticles in the CaO-Bi_2O_3-B_2O_3-Al_2O_3-TiO_2 g1ass by irradiation of XeCl pulssed laser2008

    • 著者名/発表者名
      H. Masai
    • 雑誌名

      OPTICS EXPRESS 16

      ページ: 2614-2620

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Afterglow in synthetic bazirite, BaZrSi_O_92008

    • 著者名/発表者名
      Y. Takahashi
    • 雑誌名

      Journal of the Ceramic Society of Japan 116

      ページ: 357-360

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Creation of locally selective mirror surface on 40Ba0-40TiO_2OB_2O3 glass by XeCl pulse laser irradiation2007

    • 著者名/発表者名
      H. Masai
    • 雑誌名

      Journal of Materials Research 22

      ページ: 1270-1274

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Functional Crystallization in Glass for Photonic Application(招待講演)2009

    • 著者名/発表者名
      T.Fujiwara
    • 学会等名
      3^<rd> AEARU Advanced Materials Science Workshop
    • 発表場所
      韓国、慶州POSTECH
    • 年月日
      2009-11-12
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Fabrication of ZnO nano-crystallized glass2009

    • 著者名/発表者名
      H.Masai
    • 学会等名
      XII International PNCS & Crystallization 2009
    • 発表場所
      ブラジル、イグアス
    • 年月日
      2009-09-10
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [学会発表] Variable optical attenuation using space-selectively crystallized fiber with second-order optical nonlinearity2008

    • 著者名/発表者名
      S. Ohara
    • 学会等名
      Europian Conference on Optical Communic ations (ECOC2008)
    • 発表場所
      ブリュッセル (ベルギー)
    • 年月日
      2008-09-25
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] レーザー結晶化法による光非線形ガラスの創製とフォトニクス応用2008

    • 著者名/発表者名
      藤原巧
    • 学会等名
      ナノオプティクス研究グループ第17回研究会
    • 発表場所
      つくば
    • 年月日
      2008-06-26
    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [学会発表] 紫外パルスレーザー誘起によるテルライトガラスからのナノ金属粒子析出とその応用2007

    • 著者名/発表者名
      水野 真太郎
    • 学会等名
      第48回 ガラスおよびフォトニクス材料討論会
    • 発表場所
      豊橋技術科学大学
    • 年月日
      2007-11-30
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Nano-crystallized glass fibers with second-order optical nonlinearity2007

    • 著者名/発表者名
      T. Fujiwara
    • 学会等名
      Nano-crystallized glass fibers with second-order optical nonlinearityEuropean Conference on Optical Communication 2007
    • 発表場所
      ベルリン国際会議場、独
    • 年月日
      2007-09-17
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [図書] 未来材料2008

    • 著者名/発表者名
      藤原 巧
    • 総ページ数
      78
    • 出版者
      エヌ・ティー・エス
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.apph.tohoku.ac.jp/fujiwara-lab/

    • 関連する報告書
      2009 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.apph.tohoku.ac.jp/fujiwara-lab/

    • 関連する報告書
      2008 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.apph.tohoku.ac.jp/fujiwara-lab/

    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [産業財産権] 光学部材2009

    • 発明者名
      藤原巧
    • 権利者名
      東北大学
    • 産業財産権番号
      2009-006919
    • 出願年月日
      2009-04-02
    • 関連する報告書
      2009 実績報告書

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公開日: 2007-04-01   更新日: 2016-04-21  

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