Ni を添加した青色スピネル(MgAl₂O₄)の結晶成長

抄録

はじめに

ニッケル Ni を添加したスピネル MgAl₂O₄は、波長 590 nm 付近に光吸収を持つ青色の結晶である ¹,²。青色の結晶としては Ti、 Fe 添加サファイア（Al₂O₃）や Co 添加 MgAl₂O₄、 Ti 添加MgAl₂O₄ などがある。ここでは Ni 添加MgAl₂O₄ の青色と光吸収スペクトルの変化に与える結晶成長条件の影響を検討した。

実験

浮遊帯域溶融法（FZ 法）を用いて雰囲気ガスの O₂ 濃度、原料組成（x=MgO/Al₂O₃）、 Ni 添加濃度などを変えて Ni 添加 MgAl₂O₄を成長した。結晶の光吸収スペクトルおよび色の変化を評価した。

結果

FZ 法を用いて成長した Ni 添加 MgAl₂O₄ 結晶（図 1）の青色は Ni 添加濃度の増加とともに濃くなった。雰囲気ガスの O₂ 濃度によっても変化した。図 1 のように、組成を変えて成長した結晶では結晶の青色に変化が見られた。結晶の光吸収スペクトル（図 2）には、波長 590 nm 付近に幅広の吸収ピークが見られた。ピーク強度は雰囲気ガスの酸素濃度、 Ni 添加濃度によって変化した。 Mg 組成 x=0.3 の結晶ではx=1.0 の結晶よりも光吸収ピークの波長が約10 nm 変化していた。これが図 1 の結晶の青色の変化の原因と考えられる。