島村 清史（しまむら きよし）：グループリーダー

メール：SHIMAMURA.Kiyoshi@nims.go.jp

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主な取り組み：新しい機能性単結晶材料の開発

概要：新しい単結晶材料の設計とバルク単結晶化、それらの評価とデバイス化に関する研究を進めています。レーザー・非線形光学結晶、磁気光学結晶、シンチレーター結晶など光学関連単結晶を中心に、ワイドバンドギャップ半導体や圧電・強誘電体単結晶など、バルク単結晶に関する次世代を担う応用分野全般を対象としています。酸化物からハライド、窒化物まで、様々な材料系にも挑戦し、それぞれに適した結晶成長技術開発も行っています。大学・研究機関、企業との連携を進めると同時に積極的な国際交流を推し進め、常に新しい観点からの、基礎から実用化まで幅のある研究を目指しています。

特徴：

• 超高融点を持つ材料のバルク単結晶育成
• フッ化物を中心とするハライドのバルク単結晶育成
• 従来の特性を超える機能性単結晶材料の設計
• 光から圧電、半導体まで、幅広く検討

主な研究：　従来圧電体と異なり高温で圧電動作し、単結晶育成が困難とされるCTAS単結晶を得た。


高温での圧電動作に有利な、400℃で10¹¹Ω・cmという、LTGAと比較しても高い抵抗率を示す。可視～赤外までの幅広い波長域で高出力全固体レーザー用として有用な単結晶を育成。レーザー加工機やEye-Safeレーザーなど、各種の展開が期待される。

まとめ：従来を上回る特性を示し、かつ大型結晶育成が可能な材料を考案し、そのバルク単結晶育成と特性の実証を進めている。こうした基礎研究の継続とデバイス製作、試験を平行して行っていきたい。

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中村 優（なかむら まさる）

メール：NAKAMURA.Masaru@nims.go.jp

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主な取り組み：優れた硫化物単結晶の探索および結晶育成

概要：硫化物の特徴として、酸化物等に比べて、赤外域まで透過する優れた光学特性がある。そのため、赤外域で用いられる光学デバイス材料として有望である。また、光学用途以外として、熱電材料、太陽電池材料としても、期待されている。さらに、近年は2Dマテリアルとしても、再注目されている。本研究においては、蒸留精製した自家製の高純度硫黄を用いている。 これまでに育成に成功した硫化物単結晶として、SnS、AgBiS₂、GeS、GaS等がある。

特徴：硫化物の優れた特性として以下が挙げられる。

• 波長10μm以上まで透過する優れた赤外域透過特性
• 無毒で優れた熱電特性
• 2Dマテリアルとして再注目

主な研究：　これまで水平型温度勾配炉内徐冷法によりSnS単結晶、徐冷法によりAgBiS₂単結晶、溶融GeSソースを用いた蒸気輸送法によりGeS単結晶、ブリッジマン法によりGaS単結晶を育成した。 GaS単結晶は14 μmまで透過域があることが分かり、赤外域の光学材料として用途が考えらる。また、SnS、GeS、GaSは2Dマテリアルでもある。2D-SnSはPb(Zr, Ti)O₃: PZTに匹敵する圧電特性を示すことが理論的に予測されている。実際にSnS単結晶を用いて、2D-SnSの圧電特性についての共同研究を行っている。

まとめ：これまで、種々の硫化物単結晶を幾つかの方法により結晶育成を行った。その結果、主に以下の硫化物単結晶を得た。今後、硫化物固有の優れた特性を活かした硫化物を探索し、その単結晶の育成方法を研究開発する。

• SnS単結晶（用途：2Dマテリアル、太陽電池
• AgBiS₂単結晶（用途：熱電素子、太陽電池）
• GeS単結晶（用途：2Dマテリアル）
• GaS単結晶（用途：赤外光学素子、2Dマテリアル）

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ガルシア・ビジョラ

メール：VILLORA.Garcia@nims.go.jp

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主な取り組み：Crystals for optical isolators and high-brightness white light sources

概要：

• Optical isolators are needed for laser machinery, marking, and high-power LDs. New novel Faraday rotators are demanded for higher laser powers and shorter wavelengths.
• Ceramic powder phosphors are used for white lighting by excitation with blue LEDs/LDs. All-inorganic efficient phosphors are needed for high-brightness applications.

特徴：

• Improvement of Tb-garnets for IR Faraday rotators and development of new UV-visible Faraday rotators.
• Development of new binder-free yellow-green single-crystal phosphors with high conversion efficiency and high thermal stability to realize high-brightness white LEDs/LDs.

主な研究：　

• High optical quality fluoride and oxide single-crystals are grown by the Czochralski and Bridgman techniques.
• Grown crystals and oriented, cut, and polished for characterization in terms of crystalline quality and optical properties.
• Prototypes are fabricated to analyze the performance of actual devices and to get feedback for further development.

まとめ：

• Tb-Sc-garnets are already incorporated into Yb-amplified fiber-lasers by Fujikura Ltd.
• CeF₃ is implemented in commercial UV-VIS optical isolators.
• SCPs are already utilized in high-brightness light sources, and further expansion is foreseen in the next generations of projectors and headlights.

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原 東升（ゆあん どんしぇん）

メール：YUAN.Dongsheng@nims.go.jp

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主な取り組み：Oxide and halide single-crystals for radiation detection

概要：Inorganic single-crystal radiation detectors are widely employed in the fields of homeland security, industrial nondestructive inspection, nuclear medicine imaging, and high-energy physics. Even though depending on the specific application the required properties vary, there is a general market demand for scintillators that are chemically stable, cost-effective, and efficient. Two distinct application-oriented topics are mainly focused: (1) thermal neutron scintillators for handheld detectors (stable oxides instead of the currently used highly hygroscopic halides) and (2) new X/γ-rays scintillators (good air-stability, high light yield, excellent non-proportionality).

特徴：

• Development of non-hygroscopic thermal neutron scintillator Ce:Li₆Y(BO₃)₃ (LYBO): (1) greatly reduced scattering centers for the first time, (2) high light yield over 4000 ph/n, (3) inch-size bulk crystal growth.
• Finding of a new chemically-stable and bright halide scintillator Cs₃Cu₂I₅(CCI) that can be grown into large-size single crystals via the melt method.

主な研究１：　The previously disregarded Ce: LYBO due to extremely low light yield has been developed using the strategies of proper Ce³⁺-doping and drastic reduction of scattering centers, with the light yield being comparable to the reference Li-glass (GS20).

主な研究２：　Large-size crystal growth of the new iodide scintillator CCI is achieved by the melt method that is practicable in mass production. Tl:CCI exhibits a high light yield, good energy resolution, and excellent non-proportionally (less than 3%) while being chemically-stable compared with the commercial halide scintillators such as NaI and SrI₂.

まとめ：

• High light yield of Ce:LYBO makes this family practically promising for handheld neutron detection. The successful strategies will be extrapolated to other low melting-point oxide scintillators.
• The stable and bright scintillator CCI has gained great attention worldwide. After doping, the optimized Tl:CCI has been found even brighter that the commercial Eu:SrI₂.

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