光照射により誘起されるシリカガラスの欠陥の生成機構と光機能の解明

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12750742
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 内野 隆司 京都大学, 化学研究所, 助教授 (50273511)
• キーワード: シリカガラス / 光化学反応 / 量子化学計算 / 欠陥

研究概要

本研究では、シリカガラス中の欠陥の生成および光誘起反応機構について、量子化学計算を用いた理論的手法を用いて解析した。我々は、シリカガラスやケイ酸塩、ホウ酸塩ガラス等の代表的ガラス形成酸化物ガラスの構造、電子状態、振動スペクトルを、非経験的分子軌道法を用いたクラスター計算により解析する一連の研究を行ってきた。その結果、バルクガラスの構造、並びに分光学的データを対応するクラスターモデルの計算結果に基づき解釈できることを明らかにした。本研究では、この手法を用いて、シリカガラスの欠陥構造に関するクラスター計算を行い、様々な欠陥種の最適構造及び電子構造を調べた。また、それら欠陥種がイオン化された場合に、どのような構造変化が起こるかを量子化学的に計算し、実験結果と矛盾しない光誘起反応機構を提案した。本研究により提唱した、3種類の欠陥中心のモデルは、いずれも従来考えられてきた(結晶中の欠陥種から類推された)欠陥中心のモデルとは異なるものである。特に、我々は、シリカガラス中にガラス特有の欠陥構造が存在し、その生成機構が、ガラスの光化学反応と密接に関わっていることを明らかにした。従って、本研究により提唱したモデルは、未だ未解決の問題であるシリカ及びGeドープシリカガラスの光誘起構造変化を考察する上で、有益な指針を与えるものと期待される。また、現在、今回提唱したモデルを実験的に確証する研究も併行して行っており、その詳細は次年度以降に報告する予定である。

研究成果

• [文献書誌] T.Uchino,M.Takahashi,and T.Yoko: "Mechanism of Interconversion among Radiation-induced Defects in Amorphous Silicon Dioxide"Physical Review Letters. 86(9). 1777-1780 (2001)
• [文献書誌] T.Uchino,M.Takahashi,and T.Yoko: "Structure and Paramagnetic Properties of Defect Centers in Ge-doped SiO_2 glass : Localized and Delocalized Ge E' centers"Physical Review B. 62(23). 15303-15306 (2000)
• [文献書誌] T.Uchino,D.C.Clary,and S.R.Elliott: "Mechanism of Photoinduced Changes in the Structure and Optical Properties of Amorphous As_2S_3"Physical Review Letters. 85(15). 3305-3308 (2000)
• [文献書誌] T.Uchino,M.Takahashi,and T.Yoko: "Model of Oxygen-Deficiency-Related Defects in SiO_2 Glass"Physical Review B. 62(5). 2983-2986 (2000)
• [文献書誌] T.Uchino,M.Takahashi,and T.Yoko: "Structure and Formation Mechanism of Ge E' Center from Divalent Defects in Ge-Doped SiO_2 Glass"Physical Review Letters. 84(7). 1475-1478 (2000)
• [文献書誌] T.Uchino,Y.Kitagawa,and T.Yoko: "Structure, Energies, and Vibrational Properties of Silica Rings in SiO_2 glass"Physical Review B. 61(1). 234-240 (2000)