非線形光学特性の著しく高い新規テルライト系ガラスの開発

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19F19798
• 研究機関: 名古屋工業大学
• 研究代表者: 早川 知克 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00293746)
• 研究分担者: DE CLERMONT-GALLERANDE JONATHAN 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
• 研究期間 (年度): 2019-11-08 – 2022-03-31
• キーワード: テルライトガラス / ３次非線形光学特性 / ガラスi構造 / X線全散乱 / 共有結合 / 二体間分布関数 / テルルー亜鉛ーナトリウム / 連結性

研究実績の概要

光の高速性を利用した飛躍的な情報処理を可能にする新奇な光機能性材料を開発することを目指し、テルライトTeO2にイオン性酸化物Na2Oおよび共有結合性酸化物ZnOを導入したガラスに着目し、その高い非線形光学特性や、添加した希土類イオンの高効率発光の起源となるガラス構造を、あいちシンクロトロン光センターBL5S2ビームラインの20.0keV（波長λ= 0.62Å）X線源にてX線全散乱データを測定した。2θ範囲は0.004～132.49°、散乱ベクトルの大きさQ（=4πsinθ/λ）の範囲は0.007～18.5Å^(-1)で、生データはバックグランド、コンプトン散乱の補正を行い、組成から求められる平均原子散乱因子<f>及びその２次相関関数<f^2>を用いて散乱データS(Q)を得た。さらにフーリエ変換を施し二体間分布関数G(r)を求めた。S(Q)データからはZnO濃度xが増加するとともにQ～2付近にある第１ピークが低Q側にシフトすることが分かった。また、その右側にあったピークはZnO濃度xが高くなると減少し、イオン性のNa-O結合が共有結合性のZn-Oに置き換わることにより、構造が大きく変化していることが示唆された。二体間分布関数PDFでは1.9ÅにTe-Oの相関が見られ、ネットワーク構造がTeO2からなることを確認した。以前に得られたZn-EXAFS実験結果からZn-O距離は1.96Åから1.99Åに増加することが明らかになっている。このことを反映して、第１ピークは若干長距離側へシフトしたことが分かった。第２ピークは3.5～3.6Åに存在し、ZnO濃度増加とともに短距離側に移動している。これはTe-TeそしてTe-Zn相関に相当するものと考えられ、ZnO濃度が増加するとともに、ZnOがガラスネットワークに組み込まれてTe-O-Zn結合が生成したことが分かった。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] IRCER lab UMR CNRS 7315(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: IRCER lab UMR CNRS 7315
• [雑誌論文] High temperature investigation of TeO2-Na2O-ZnO glasses (2022)
  • 著者名/発表者名: J.de Clermont-Gallerande, D.Taniguchi, M.Colas, P.Thomas, T.Hayakawa
  • 雑誌名: Phys.Status Solidi (b) 巻: 2200065 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1002/pssb.202200065
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Simple method to estimate fractional numbers of Eu3+ ions in different phases in highly luminescent ZrO2-SiO2 nanocomposites (2022)
  • 著者名/発表者名: T.Hayakawa, R.Ikeshita, J.-R.Duclere, A.Leconte
  • 雑誌名: Phys.Status Solidi (b) 巻: 2100560 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1002/pssb.202100560
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 93Nb NMR study of (K, Na)NbO3-doped SiO2-Na2O-Al2O3 glasses (2022)
  • 著者名/発表者名: T.Otsuka, M.R.Cicconi, D.Dobesh, B.Schroeder, T.Hayakawa
  • 雑誌名: Phys.Status Solidi (b) 巻: 2200016 ページ: 1-6
  • DOI: 10.1002/pssb.202200016
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Nucleation mechanisms in a SiO2-Li2O-P2O5-ZrO2 biomedical glass-ceramic: Insights on crystallisation, residual glasses and Zr4+ structural environment (2022)
  • 著者名/発表者名: M.R.Cicconi, R.Belli, M.Brehl, J.Lubauer, T.Hayakawa, K.Kimura, T.Hirota, K.Usui, S.Kohara, Y.Onodera, U.Lohbauer, K.Hayashi, D.de Ligny
  • 雑誌名: J.Eur.Ceram.Soc. 巻: 42 ページ: 1762-1775
  • DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2021.12.009
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Novel findings on optical properties of Mn4+-doped (Rb,K)2Ge4O9 phosphors (2022)
  • 著者名/発表者名: R.Oka, D.Nishi, T.Hayakawa
  • 雑誌名: Phys.Status Solidi (b) 巻: 2100615 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1002/pssb.202100615
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Raman spectroscopic investigation and electronic states calculation for Ca2(Mn,Ti)O4 black pigments with high near-infrared (NIR) reflectivity (2022)
  • 著者名/発表者名: R. Oka, T.Hayakawa
  • 雑誌名: Inorg. Chem. 巻: 61 ページ: 6500-6507
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.2c00254
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Influence of Nd3+ modifying on 80TeO2-xZnO-(20-x)Na2O ternary glass system (2021)
  • 著者名/発表者名: J.de Clermont-Gallerande, D.Taniguchi, M.Colas, P.Thomas, T.Hayakawa
  • 雑誌名: APL Mater. 巻: 9 ページ: 111111/1-17
  • DOI: 10.1063/5.0061880
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Cs3Bi2Br9－xIxペロブスカイト結晶の水熱合成と光学特性評価 (2022)
  • 著者名/発表者名: 橋本晴人，早川知克，Christoph Brabec
  • 学会等名: 日本セラミックス協会2022年年会
• [学会発表] Mn4+添加(K,Rb)2Ge4O9赤色蛍光体の合成と発光特性 (2022)
  • 著者名/発表者名: 西大輝・岡亮平・早川知克
  • 学会等名: 日本セラミックス協会2022年年会
• [学会発表] (K, Na)NbO3添加アルミナシリケートガラスの93Nb 固体NMRスペクトル解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 大塚喬仁, 早川知克, M. Rita Cicconi, David Dobesh, Dominique de Ligny
  • 学会等名: 日本セラミックス協会2022年年会
• [学会発表] Cu(Fe,Ga)O2固溶体の水熱合成における添加剤効果 (2022)
  • 著者名/発表者名: 小林舞音,早川知克
  • 学会等名: 日本セラミックス協会2022年年会
• [学会発表] Bi2O3添加TeO2-Ag2O系ガラスの合成と光学特性評価 (2022)
  • 著者名/発表者名: 大脇寛哉,早川知克, Maggy Colas, Philippe Thomas
  • 学会等名: 日本セラミックス協会2022年年会
• [学会発表] Eu3+添加Sr2CaWO6蛍光体におけるEu3+サイト分布と発光特性への影響 (2022)
  • 著者名/発表者名: 大塚喬仁，早川知克
  • 学会等名: 第69回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] テルライトガラスに関するボソンピーク及び構造変化との相関関係の研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: Jonathan de Clermont-Gallerande, Taniguchi Daiki, Tomokatsu Hayakawa
  • 学会等名: 応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] Ca2MnO4:Ti黒色遮熱顔料の量子化学計算と振動スペクトル解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 岡 亮平, 早川知克
  • 学会等名: 第62回ガラスおよびフォトニクス材料討論会
• [学会発表] 水熱合成法による Cu(Fe,Ga)O2の作製と添加剤効果 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小林舞音，早川知克
  • 学会等名: 2021年日本セラミックス協会東海支部学術講演会
• [学会発表] Ca2MnO4:Ti 系黒色遮熱顔料のラマンスペクトル解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 岡 亮平，早川知克
  • 学会等名: 2021年日本セラミックス協会東海支部学術講演会
• [学会発表] Mn4+添加ゲルマン酸塩系赤色蛍光体の合成と発光特性評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 西 大輝，岡 亮平，早川知克
  • 学会等名: 2021年日本セラミックス協会東海支部学術講演会
• [学会発表] Cs3Bi2Br9ペロブスカイト結晶の水熱合成と光学特性評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 橋本晴人，早川知克，Christoph Brabec
  • 学会等名: 2021年日本セラミックス協会東海支部学術講演会
• [学会発表] 光機能性TeO2-Ag2O-Bi2O3系テルライトガラスの合成と光学特性評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大脇寛哉，早川知克，M. Colas，P. Thomas
  • 学会等名: 2021年日本セラミックス協会東海支部学術講演会
• [学会発表] X線異常散乱法を用いたAg2O-B2O3ガラスの局所構造解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 杉原大騎, 臼井敬佑, Xusheng QIAO, Jens R. Stellhorn, 木村耕治, 小野寺陽平, 早川知克, 小原真司, 林 好一
  • 学会等名: Spring-8夏の学校2021
• [学会発表] Applications de la spectroscopie CARS (Coherent Anti-Stokes Raman Scattering) a l'etude de la non-linearite optique d’ordre trois : de la metrologie a l’imagerie non lineaire (2021)
  • 著者名/発表者名: Z. Rajaofara, L. Karam, E. Capitaine, T. Hayakawa, H. Kano, M. Dussauze, A. Tonello, V. Rodriguez, P. Leproux, J.-R. Duclere, V. Couderc
  • 学会等名: La Societe Francaise d'Optique in Dijon
• [学会発表] Novel heavy-metal tellurite glasses: Structures and linear/non-linear optical properties (2021)
  • 著者名/発表者名: Tomokatsu Hayakawa
  • 学会等名: 4th FRIMS international symposium on Frontier Materials
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 光機能性テルライト系ガラスの開発・研究
  • URL: http://hayakawalab.web.nitech.ac.jp/lab_information/
• [備考] IRCER lab UMR CNRS 7315
  • URL: https://www.unilim.fr/recherche/ircer-english/
• [備考] CNRS IRP international project
  • URL: https://tokyo.cnrs.fr/cooperation-japan/