結晶場分布による低原子価希土類イオンの光エネルギー蓄積型波長可変長残光

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650665
• Research Institution: Akita University
• Principal Investigator: 小玉 展宏 秋田大学, 工学資源学部, 教授 (90282152)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山家 光男 岐阜大学, 工学部, 教授 (90159202)
• Keywords: 分光 / 結晶場 / 長残光 / 単結晶 / 結晶成長 / 構造解析 / 希土類イオン

Research Abstract

本研究の目的は、結晶場分布をもつ新しい結晶を育成し、3原色(青・緑・赤)の広い波長範囲で発光する光エネルギー蓄積型の長残光の発現、そのメカニズムを明らかにする事である。
本研究では、不規則置換構造あるいは変調構造による結晶場分布を利用した、4fn-15dl励起状態をもつ低原子価希土類イオンの光照射による電子-正孔の生成、正孔の自己捕獲と、熱誘起ホッピングによる電子-正孔再結合による長残光発生という仮説を基に、(1)2次元層内での不規則構造あるいは超格子構造に由来するに由来する統計的な結晶場分布をもつ層状メリライト(A2B2O7,A=Ca,Sr;B=Si,Al,Zn)、また自然超格子をもRMgAlO4(R=Sc,Y)などをホスト結晶に選び、低原子価Ce^<3+>,Eu^<2+>,Sm^<2+>,Tm^<2+>(n=1,7,6,13)を添加した結晶を育成し、紫外光び近赤外(800nm)フェムト秒レーザ励起による長残光の発生を調べ、以下の知見、成果を得た。
1.結晶場分布を有するメリライトCa2Al2SiO7,CaSrAl2SiO7,CaYAl3O7,CaGdAl3O7に付活劑としてEu^<2+>あるいは共付活劑Dy^<3+>を共添加した新しい結晶を合成した。Eu^<2+>添加メリライト結晶は355nmの近紫外光照射により、530nmにピークをもつ緑〜黄色の長残光を発現、その減衰曲線は結晶組成に依存せず、初期強度が異なることを見い出した。最も強い長残光強度を示したEu^<2+>:CaSrAl2SiO7の時間積分強度の温度変化を調べ、輻射及び非輻射遷移を仮定した積分強度の温度依存式を導出し非輻射過程に対する活性化エネルギーを求め、長残光メカニズム解析のための基礎的知見を得た。
2.付活劑としてCe^<3+>を添加した新規メリライトCa2Al2SiO7,CaYAl3O7単結晶を育成した。紫外光および近赤外レーザー照射により、青色長残光の発生を観測した。また残光強度の温度依存性を明らかにし、活性化エネルギーを算出した。残光は、紫外光照射により生じたESR測定から電子-正孔対が各々、酸素空孔、Al^<3+>に自己束縛され、活性化エネルギーをもらって正孔がホッピングし、Ce^<3+>の所で、電子正孔の再結合で起こることを明らかにした。

Research Products

• [Publications] Nobuhiro Kodama: "Optical properties of long-lasting phosphrescence crystals Ce^<3+>- doped Ca2Al2SiO7 and CaYAl3O7"Journal of Luninescence. 87-89. 1076-1078 (2000)
• [Publications] Mitsuo Yamaga: "Substituonal disorder and optical spectroscopy of Ce^<3+>-doped CaNaYF6 crystals"Journal of Physics : Condensed Matter. 13. 753-764 (2001)
• [Publications] Nobuhiro Kodama: "Optical and Structural studies on BaMgF4 : Ce^<3+> crystals"Journal of Crystal Growth. (in press). (2001)