３．第一原理計算による物性評価結果４．作成した試料の評価結果折法ff■■■■で評価した．■■■スペクトルは多目的オペランド■線回折装置（■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■）により，■線源に■■（波長■■■■■■Å）を用い2θにおいて■°～■■°の範囲で計測した．さらに焼結試料を■■イオンの■■電子遷移波長に相当する■■■■■■の半導体レーザ（■■■■■■■■■■■■■■■■■，■■■■）で励起し，得られた蛍光のスペクトルを分光器（■■■■■■，日本分光）と■■■■■■アレイセンサ（■■■■■■■■■■■■■■■，■■■■■）を用い■■■■■■の波長分解能で取得した．■■■■イオンを１個含むプリミティブセルff ■■■■■％に相当■から■■■■イオンを１個含む■■■■ スーパーセルff■■■■■■■■％に相当■までの■■ ■■コランダム構造に関し，■■■■と■■■■との単純置換による内部応力を計算した．図１に示される通り，内部応力は■■■■添加濃度に対して比例しており，また発生する応力はプラスの圧縮応力のみで剪断ひずみは発生しない．■軸方向の応力は■軸方向の応力と■％程度しか違っておらず，内部の応力はほぼ等方的といえる．次いで，■■■■置換■個あたりの全エネルギー変化についての評価結果を図２に示す．このエネルギー変化は添加濃度 ■■■■■％以下で一定となっているが，これは■■■■添加により導入される結晶構造の歪みは， ｘ ｘ■スーパーセル相当のサイズ以上には広がっておらず，局所的な歪みだ図１サファイア中■■■■の■■■■置換による内部応力図２■■■■個あたりの全電子エネルギー変化けで■■■■を受容していることを意味する．これ以上の添加濃度では，格子の歪みは複数の■■■■イオンにより誘起されるためエネルギー変化はより大きくなると解釈できる．この結果を踏まえ， ■■■■■％ff ■ ■■スーパーセル■に１個の■■■■を含む状態について，第一原理計算による格子ベクトル及び格子内部の原子座標最適化により求めた安定構造を■■■■■により描画した結果を図３に示す．■■■■のｃ軸方向のいずれかの方向で■■■■が隣接していない隙間があり，置換された■■■■が隙間側に移動することにより，局所的な変化のみで安定化構造が実現される．そのため，この安定化構造においては■軸方向の格子定数増加は■■■■■■％と変化はほぼ無い．また，■軸方向には■原子の変位があるが，■■■■％の微小変化にとどまる．従って，この安定化構造においてはサファイアのコランダム構造にはほぼ変化が無いと言える．図３■■添加サファイアの安定な結晶構造．オレンジ，灰，赤の各球は■■，■■，■のイオンである．本章の結論として，■■■■添加により誘起される内部応力はほぼ等方的であるため，外部からの等方圧の印加で■■■■添加により応力を相殺し，■■■■イオンを単純置換させてからの構造緩和により安定構造を形成できる可能性がある．固体レーザとしての■■■■イオンの添加濃度は■■■■ ■■■■■程度が目安であり，サファイアでは■■ ■■■％に相当する．■■■■イオンを■■■■■■■％添加した際の内部応力は■■■■■■であり，添加濃度■■ ■■■％で発生する応力を完全に相殺するためには外部からの■■■■■の等方圧印加が必要となる．本論文における試料作成の際には■■■■■■■の熱間等方圧プレス装置を利用しているが，この程度の圧力でも■■■■添加をある程度促進することができると期待できる．■■■■■■■評価■・■図４に■■■■℃で焼成した■■ ■■■％■■■■添加■■ ■■の■■■写真および■■■による元素マッピング結果を示す．まず，大気圧焼成の場合，原料粉末の一次粒子（粒径 ■■■■■程度）は保存されず，粒径数μ■程度のグレインを形成しているのに対し，■■■焼成ではアルミナの一次粒子の形状がそのまま保存されている．このことは，■■■処理で■■■■添加を行う際に，原料粉末の焼結性を損なわず処理できる可能性があることを示している．さらに，大気圧焼成の場− 230 −
元のページ ../index.html#232