焼結合成による新規赤外光増幅器用材料の創製と第一原理計算による電子状態の解析

通过烧结创建用于红外光学放大器的新材料并通过第一性原理计算分析电子态

基本信息

批准号：
18760523
负责人：
吉野正人
金额：
$ 1.92万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

本課題では、Erを含む酸化物を焼結合成により作製し、1550nm帯のフォトルミネッセンスを測定し評価を行った。特に、光増幅器の開発が遅れているUバンド域と呼ばれる波長帯の発光のスペクトル形状に注目した。また、第一原理計算により、構造に基づいて多重項エネルギー準位を計算し、その傾向を調べた。Erが酸素8配位と6配位をとる試料を作製した。Erとのイオン半径の違いが小さく、価数が同じYを含む酸化物を主に選択することにより、添加したErが目的の配位数を持った試料を作製できるようにした。8配位にはガーネット構造、パイロクロア構造、蛍石構造、シーライト構造、6配位にはC-希土構造、スピネル構造の酸化物を選択した。各試料のPLスペクトルをErに配位する酸素の数により整理した。Erの配位数によりスペクトルの形状におおよその特徴があらわれ、酸素8配位の試料は発光が4つの領域にわかれ、酸素6配位の試料は1500nm付近の発光が最も強くなるという特徴を示した。しかし、Uバンドの発光との明らかな相関はみられなかった。結晶場と多重項の分裂について、Er-O間の距離という点から整理した。同じ結晶構造・空間群を持つ試料は、スペクトル形状は類似したものとなったが、格子定数の小さな試料ほど長波長側の発光はより長波長側に、短波長側の発光はより短波長側にシフトした。Er-Oの距離の違いで結晶場が変化することで、準位の分裂の大きさが変わったためであると考えられ、Er-O間距離を調整することでUバンド付近の発光波長を移動できることがわかった。また、Erに配位している酸素の角度についても整理した。さらに第3元素の添加、ホストの固溶体を作ることでUバンド域のスペクトルのブロード化にも成功した。また、多重項の計算より、配位数の違いによるエネルギー分裂の幅に傾向がみられる結果が得られた。

在这个项目中，我们通过烧结制造了一种含Er的氧化物，并通过测量1550 nm波段的光致发光来对其进行评估。我们特别关注被称为 U 波段区域的波长带中光发射的光谱形状，该区域光放大器的发展已经落后。我们还使用第一性原理计算计算了基于该结构的多重能级并研究了其趋势。我们制备了 Er 与氧有 8 和 6 个配位的样品。通过主要选择离子半径差异较小且与Er同价的含Y氧化物，我们能够制作出添加的Er具有所需配位数的样品。 8配位选择石榴石结构、烧绿石结构、萤石结构、硅藻土结构，6配位选择C-稀土结构和尖晶石结构的氧化物。每个样品的 PL 光谱根据与 Er 配位的氧的数量进行组织。根据Er的配位数，光谱形状呈现近似特征，氧8配位的样品发光分为四个区域，氧6配位的样品具有在1500附近发射最强的特征纳米。然而，没有观察到与 U 波段发光的明显相关性。我们从Er-O距离的角度组织了晶体场和多重态分裂。具有相同晶体结构和空间群的样品具有相似的光谱形状，但样品的晶格常数越小，发射的波长侧越长，并且朝向短波长侧发射的波长侧越短。转移到.这被认为是由于Er-O距离的差异导致晶体场发生变化，从而改变了能级分裂的大小，并且通过调整Er-O距离，可以实现U波段附近的发射波长我发现这是可以做到的。我们还组织了氧与 Er 的配位角。此外，通过添加第三种元素并创建主体固溶体，我们成功地拓宽了 U 波段区域的光谱。此外，多重态计算表明，由于配位数的差异，能量分裂的宽度存在趋势。