• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2020 年度 実施状況報告書

陽電子消滅で探るCe:GAGG結晶の長寿命遅延発光とカチオン原子空孔の相関関係

研究課題

研究課題/領域番号 19K04997
研究機関山形大学

研究代表者

北浦 守  山形大学, 理学部, 教授 (60300571)

研究分担者 鎌田 圭  東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 准教授 (60639649)
石崎 学  山形大学, 理学部, 講師 (60610334)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード陽電子消滅 / シンチレータ / 結晶成長 / 結晶欠陥
研究実績の概要

本研究では、レーザーと電子ビームの垂直衝突によって発生する超短ガンマ線パルスを用いた陽電子消滅寿命分光法を開発し、シンチレータ結晶Ce:GAGGに含ま れる極微量欠陥の起源を解き明かすことに成功した。レーザー集光ミラーシステムの遠隔制御系や複数の光電子増倍管とループ回路からなる観測システムを新たに導入することで消滅ガンマ線の高いカウントレートを実現し、わずか5時間の測定で10の5乗をこえる全カウント数を実現できた。これにより従来は困難であっ た極端に弱い欠陥成分の検出が高い統計精度で可能になった。陽電子消滅寿命を詳細に解析した結果、Ce:GAGGおよびGAGG結晶には、Al/Ga単原子空孔とAl/Ga-O 二原子空孔が存在し、これらが寿命の長い陽電子消滅成分を与えることを明らかにした。また、Mgを共に添加すると、その陽電子消滅成分の相対強度が明らかに 減少することを見出した。Mgの共添加にはAl/Ga単原子空孔とAl/Ga-O二原子空孔を抑制する働きがあることを解き明かした。先行研究では、これら原子空孔が導入されることで、その電荷補償体として電子捕獲中心が導入され、その結果としてシンチレータ応用では好まれない燐光が生ずることを提案してきた。研究初年 度において得られた成果は、この仮説を裏付けるものであり、Ce:GAGG結晶の特性改善に対して有効な方法論を提案するものである。得られた研究成果は、学術論文(査読付き)1編、解説記事(査読付き)1件、国際会議招待講演2件、国内学会等招待講演1件、で公表した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

研究期間内に研究成果を学術論文、解説記事、招待講演、によって公表することができた。また、Mg共添加効果の研究にも着手でき、その特性を解き明かす鍵となるデータを取得することができ、その一部を国際会議と国内学会にて発表し、学術論文として公表する準備に着手している。この研究では、Mgの共添加サイトがどこなのか、Mg共添加で形成される空孔凝集体は本当に存在するのか、を新たな問いとして見出しており、そのためには原子レベルでの結晶格子像の観測が必要不可欠である。現在は、走査透過電子顕微鏡での直接観察によって空孔凝集体の存在を解き明かそうと計画している。さらに、GAGG:Ceを始めとする蛍光体について広くガンマ線誘起陽電子消滅寿命分光を適用しその空孔型欠陥の存在と起源を調べており、本研究の波及効果が当初の計画を越えて進行するに至っている。そのため、「当初の計画以上に進展している」と自己評価した。

今後の研究の推進方策

今後は新たな手法である、ガンマ線誘起陽電子消滅寿命運動量相関、ガンマ線誘起陽電子消滅寿命ポンププローブ分光、の開発にも着手し、次回の科学研究補助金の申請を利用して、微量空孔型欠陥の新たな欠陥評価方法の提案を行う。また、他の手法と連携した新たな局所構造解析手法の確立を目指したい。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 3件、 招待講演 3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] 超短パルスガンマ線誘起陽電子消滅寿命分光法によるガーネットシンチレータ結晶の空孔型欠陥複合体の可視化2021

    • 著者名/発表者名
      北浦 守, 平 義隆, 藤本将輝, 加藤政博, 全 炳俊
    • 雑誌名

      日本放射光学会誌

      巻: 34 ページ: 37-45

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Visualizing cation vacancies in Ce:Gd3Al2Ga3O12 scintillators by gamma-ray-induced positron annihilation lifetime spectroscopy2020

    • 著者名/発表者名
      Fujimori Kosuke、Kitaura Mamoru、Taira Yoshitaka、Fujimoto Masaki、Zen Heishun、Watanabe Shinta、Kamada Kei、Okano Yasuaki、Katoh Masahiro、Hosaka Masahito、Yamazaki Jun-ichiro、Hirade Tetsuya、Kobayashi Yoshinori、Ohnishi Akimasa
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 13 ページ: 085505(1-4)

    • DOI

      10.35848/1882-0786/aba0dd

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Evidence for Suppression of Cation Vacancies in Ce:Gd3Al2Ga3O12 Scintillator by Mg Codoping2020

    • 著者名/発表者名
      K. Fujimori, M. Kitaura, Y. Taira, M. Fujimoto, Y. Okano, H. Zen, M. Katoh, M. Hosaka, J. Yamazaki, K. Kamada and A. Ohnishi
    • 雑誌名

      UVSOR ACTIVITY REPORT 2019

      巻: - ページ: 47

  • [学会発表] Codoping Effect on Vacancy-type Defects in Multicomponent Garnet Scintillators Studied by Gamma-induced Positron Annihilation Lifetime Spectroscopy2021

    • 著者名/発表者名
      Mamoru Kitaura, Yoshitaka Taira, kei Kamada
    • 学会等名
      The 8th Asian Conference on Crystal Growth and Crystal Technology
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ガンマ線誘起陽電子消滅寿命分光によって調べた 長残光蛍光体の三価希土類イオンの共添加効2021

    • 著者名/発表者名
      谷口、北浦、平、藤本、中西、松嶋、 大西
    • 学会等名
      第34回日本放射光学会年会・放射光科学合同シンポジウム
  • [学会発表] 「ガーネット結晶で浅い電子トラップが何故つくられるか?」 ~赤外からガンマ線を使った分光実験を通してわかったこと~2020

    • 著者名/発表者名
      北浦 守
    • 学会等名
      第39回サイアロン研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] Nature of Shallow Electron Traps in Gd3Al2Ga3O12 Crystals Studeid by Spectroscopy Experiments2020

    • 著者名/発表者名
      Mamoru Kitaura
    • 学会等名
      The 27th international display workshop
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ガンマ線誘起陽電子消滅寿命分光によって解き明かすガーネット結晶の空孔型欠陥2020

    • 著者名/発表者名
      北浦、藤森、平、藤本、全、平出、鎌田、渡邊、大西
    • 学会等名
      MRMフォーラム2020
  • [学会発表] 超短パルスガンマ線を用いた陽電子消滅寿命分光で探るガーネット型多元系酸化物結晶の不純物共添加効果2020

    • 著者名/発表者名
      北浦、平、鎌田、渡邊、大西
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] Vacancy-type defects in Gd3Al2Ga3O12:Ce crystals revealed by gamma-ray-induced positron annihilation lifetime spectroscopy2020

    • 著者名/発表者名
      M. Kitaura, K. Fujimori, Y. Taira, M. Fujimoto, H. Zen, K. Kamada, T. Hirade, A. Ohnishi
    • 学会等名
      20th International Conference on Defects in Insulating Materials
    • 国際学会
  • [備考] ガンマ線誘起陽電子消滅寿命分光(GiPALS)法を開発しガーネットに潜む空孔型欠陥複合体の検出に成功

    • URL

      https://www.sci.yamagata-u.ac.jp/news/detail/482/

URL: 

公開日: 2021-12-27  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi