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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

Vacancy-type defects in garnet crystals revealed by gamma-ray-induced positron annihilation spectroscopy

北浦 守*; 藤森 公佑*; 平 義隆*; 藤本 將輝*; Zen, H.*; 平出 哲也 ; 鎌田 圭*; 渡邊 真太*; 大西 彰正*

Kitaura, Mamoru*; Fujimori, Kosuke*; Taira, Yoshitaka*; Fujimoto, Masaki*; Zen, H.*; Hirade, Tetsuya; Kamada, Kei*; Watanabe, Shinta*; Onishi, Akimasa*

カチオン空孔は負に帯電するので、その性質を調べるには陽電子消滅分光法が唯一の方法である。我々は、超短パルスレーザーと電子ビームの垂直衝突によって高エネルギーパルスガンマ線を発生させた。本研究では、その高エネルギーガンマ線を用いた陽電子消滅寿命分光によってGAGG(Gd$$_{3}$$Al$$_{2}$$Ga$$_{3}$$O$$_{12}$$)、CeドープGAGGおよびCe, MgドープGAGGの結晶中に存在する空孔型欠陥の研究を行った。欠陥に関連した構造における寿命は、Mg共ドーピングによって大幅に変化し、これは、酸素空孔とともに、Al/GaサイトでのMg$$^{2+}$$イオンとの集合体を考慮することで理解され、その結果、空孔クラスターが形成されていると考えられた。

Positron annihilation spectroscopy is the only way to investigate the properties of cation vacancies because they are negatively charged. We generated high-energy pulsed gamma rays by the vertical collision of an ultrashort pulse laser and electron beam. In this study, we investigated the vacancy-type defects present in the crystals of GAGG(Gd$$_{3}$$Al$$_{2}$$Ga$$_{3}$$O$$_{12}$$), GAGG: Ce and GAGG: Ce, Mg by positron annihilation lifetime spectroscopy using the high-energy gamma rays. The lifetime of the defect-related component was significantly changed by Mg co-doping. This was understood by considering aggregates of Mg$$^{2+}$$ ions at Al/Ga sites with oxygen vacancies, which resulted in the formation of vacancy clusters.

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