| 研究概要 |
本研究の目的は、結晶場制御による希土類イオンのダウンコンバージョン過程を利用した可視量子 カッティングを発現する新規な蛍光結晶材料の作成と量子カッティング過程におけるエネルギー移動、緩和過程およびその動的挙動の解明である。本研究では、2種の希土類イオン対を考え、結晶場を変化させ真空紫外光子の励起エネルギーを交差緩和と副格子間共鳴エネルギー移動の2ステップエネルギー移動のダウンコンバージョン過程のよって二つの希土類イオンに移し、可視2光子発光の量子カッティングを実現させる。Gd^<3+>を副格子としてもつフッ化物にEu^<3+>を添加した新規な結晶を合成するとともに、Gd^<3+>-Eu^<3+>対による量子カッティングの発現の有無とその量子カッティング効率、エネルギー移動過程を調べ、以下の知見、成果を得た。(1)Gd^<3+>を格子の基本成分とする結晶場対称の異なるフッ化物KGd_3F_<10>、KGd_2F_7、CsGd_2F_7、KLiGdF_5にEu^<3+>添加をした新しい多結晶を合成した。Eu^<3+>:KGd_3F_<10>、Eu^<3+>:KGd_2F_7、Eu^<3+>:CsGd_2F_7、Eu^<3+>:KLiGdF_5において真空紫外(196,202nm)励起で2ステップエネルギー移動のダウンコンバージョンによる可視赤色域での量子カッティングが発現することを見い出した。量子カッティング過程における交差緩和効率、量子効率のEu^<3+>濃度依存を明らかにし、2at.%Eu^<3+>:KGd_3F_<10>で最大の交差緩和効率0.65、量子効率165%を得た。また交差緩和効率の違いを結晶構造、配位数、希土類イオン間距離の差に基づき考察し、量子カッティング効率の違いは、励起イオンの第1近接原子間距離と配位数の差に起因することおよびエネルギー移動は第2〜3近接原子まで起こることを明らかにした。交差緩和効率の真空紫外励起エネルギー(202nm,196nm)依存は、Gd^<3+>の励起準位間とEu^<3+>の基底-発光始準位間のエネルギー差の一致の度合いで決まること、また交差緩和効率の要因となるイオン間相互作用は共鳴エネルギー移動によると明らかにした。(2)Eu^<3+>:KGd_3F_<10>、Eu^<3+>:KLiGdF_5の真空紫外レーザー励起による時間分解スペクトルの測定から求めた減衰プロファイルより量子カッティングが、Gd^<3+>-Eu^<3+>間の交差緩和およびGd副格子間の共鳴エネルギー移動のステップエネルギー移動のダウンコンバージョン過程を経ることを実証するとともに量子カッティング過程におけるエネルギー移動、緩和時間の動的挙動を明らかにした。(3)Eu^<2+>、Ce^<3+>添加の新規メリライト結晶で青/橙色の長残光を見出し、電子/正孔対の生成と熱誘起の正孔ホッピングによる再結合の輻射遷移と非輻射遷移による事を明らかにした
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