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本研究では、超高圧合成法やマイクロ波合成法をツールとして、ホウ素とイオウからなるrigidな格子空隙に種々のゲスト種を導入した新物質の探索を行い、材料科学における新機軸の提唱を目指す。今年度は、種々の三元系A-B-S(A:1価金属、2価金属イオン)における、BS_4四面体の連結からなるマクロテトラヘドロン形成物質の探索を行った。
Ca-B-S系については仕込み組成比をCaS:B_2S_3=1:1とし、圧力を3GPaとした時にはCaB_2S_4-I、4GPa以上の時はCaB_2S_4-IIが得られた。このうち、高圧相であるCaB_2S_4-IIは立方晶系の単位格子を持ちBS_4四面体は頂点共有によって3次元的に連結しmacro-tetrahedronを形成しない。一方、これより低圧側で生成するCaB_2S_4-I相は、単結晶が得られず、構造解明が困難であったが、粉末試料に直接法とRietveld解析を試行錯誤することで、その構造が明らかになった。CaB_2S_4-Iは正方晶系の単位格子を持ち、BS_4四面体の頂点共有により孤立した3段型ピラミッドの[B_<10>S_<20>]^<10->-macro-tetrahedronを形成する。3段型ピラミッドのmacro-tetrahedronが結晶構造中で孤立して存在している化合物はこれまでに報告例がなくCaB_2S_4-Iにおいて初めて見いだされた。両構造では、Ca^<2+>イオンの配位環境が異なることから、Eu^<2+>等の発光中心をドープして発光特性を調べた結果、輝度の高い緑色発光を確認した。
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