研 究 課 題 名 紫外・真空紫外透明ガラス材料の開発

【研究部】
研 究 課 題 名
紫外・真空紫外透明ガラス材料の開発
研究代表者名
大阪大学レーザーエネルギー学研究センター・清水俊彦
研究分担者名
大阪大学レーザーエネルギー学研究センター・猿倉信彦
大阪大学レーザーエネルギー学研究センター・山ノ井航平
大阪大学レーザーエネルギー学研究センター・瀬戸慧大
大阪大学レーザーエネルギー学研究センター・ムイ・ロン・ヴィエト
1.はじめに
現在、実用化されている VUV 領域の透明光学素子材料は結晶のみで、結晶に比べ大型化・成形の容易な
VUV 領域で透明なガラスの実現は、VUV 光応用を飛躍的に進展させる鍵となりうる。ガラス物性研究手
法には、ラマン分光法や EXAFS やクラスター近似による量子化学計算があり、短距離・中距離構造およ
びそれに由来する物性を解明してきた。しかし、長距離構造については例えば Salmonet al.による報告例
があるものの、詳細については不明なことも多い。近年、計算機科学の進歩により複雑な組成のガラスで
も再現できるほど多数の原子をユニットセルに組み込むことも可能となり、結晶のような理論計算に基づ
く物質設計による材料開発を行う環境がガラスでも整いつつある。そこで、本申請者は真空紫外発光ペロ
ブスカイト型フッ化物開発で用いたバンド計算に基づく物質設計および分光学的手法による特性評価とい
う手法をガラス開発に応用し、従来からあるラマン分光や広域エックス線吸収微細構造(EXAFS)解析によ
る物性評価手法と組み合わせた、ガラス物性制御・開発手法の確立を目指す。
2.研究経過
物質設計に関しては、ペロブスカイト型フッ化物のバンド計算を行い、多くの直接遷移型フッ化物の存在
を明らかにした[1]。そして、SPring-8 にある EUV-FEL(SCSS 試験加速器)を励起源に、KMgF3 の時間
分解発光スペクトル測定に成功した。その他にも、紫外・真空紫外発光する様々な希土類添加フッ化物結
晶を開発し、その光学特性を明らかにしてきた。また、これらのフッ化物結晶を利用した紫外レーザーの
増幅にも成功している。我々は新たに複合フッ化物を圧縮することでバンド構造の折り畳みを発生させ、
VUV 発光が可能なバンドギャップが生み出せるのではないかと考えた。そこで、その可能性のある材料の
ラウエ計測とバンド計算を行った。
[1] T. Nishimatsu, et al., Jpn. J. Appl. Phys., 41 (2002) L365.
3.研究成果
本年度は複合フッ化物を圧縮することに関連した話題を中心に取り扱った。まず実験面では KEK フ
ォトンファクトリにおいて幾つかの複合フッ化物を圧縮しラウエパターンを取得した。この結果から
実際にバンド構造の折りたたみの可能性が示唆された。理論面からは、LuLiF と YLF のバンド計算
を行った。計算スキームは ab-initio 法を採用し、東北大学金属研所有のスーパーコンピュータに搭載
されているシミュレーションパッケージ ABINIT を利用し無圧縮時のバンド計算を行った。目標は複
合フッ化物を圧縮した際のバンド構造の変化であるので、来年度以降はこちらの計算に移行する予定
である。
4.ま と め
今年度は主に VUV 発光のためのバンド構造についての足がかりとなるような調査を行った。現状はまだ
理論面からの VUV 発光が確認できる段階までは辿りつけてはいないが、貴研究機関の西松助教の協力の
もと達成の見込みである。
ガラスのバンド計算はこれまでに例がなく、実際に行うには今しばらく時間がかかると思われるが、実現
すれば材料設計分野の重要な指針の一つとなるため、慎重にすすめていくべきであると考える。
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