物質創製研究部

先端結晶工学研究部

吉川 彰
教授 吉川 彰
助教 大橋 雄二
助教 山路 晃広

新規機能性材料の開発とそのデバイス応用

本研究室では、外部からのエネルギーと結晶との相互作用に興味を持ち、(1)化学と物理の両側面からの材料設計(2)合成プロセスの開発(3)相互作用の評価と理解、の3つの切り口から先駆的な機能性結晶の開発研究を進めています。また「物質」を実際に使われる「材料」へと昇華させることも重要視し、優れた特性を持つ「材料候補」に関しては、そのデバイス化、実機搭載にも主体的に関わる点も研究室の特徴です。研究体制は、研究室内で異分野融合を行っており、下流のデバイス側の要請を踏まえて上流の材料設計を行うことで、ユーザーに求められる特性の発現をターゲットにしております。産学連携体制での取り組みが多いことも特徴の一つです。新規機能性結晶の開発には、マイクロ引下法という従来法に比して数十倍の高速作製が可能な独自の育成法を駆使し、組成、結晶性評価、光、放射線、圧力、熱等の応答評価の他、高精度な超音波計測技術による評価をフィードバックして速やかにスクリーニングを行い、その後、高品質化を引上げ法という高品質バルク単結晶の量産に適した方法で行うという二段階で進めています。

これまでに乳癌診断用PET に搭載された Pr:LuAG結晶(図1)やハンディータイプの放射線量モニタや無人ヘリ搭載ガンマ線撮像カメラに搭載されたCe:GAGG結晶(図2)、高発光量・高エネルギー分解能のEu 添加Eu:SrI2結晶、資源探査用のCe:La-GPS結晶といった、シンチレータ開発を産学連携体制で取り組み、実用化させてきました。また、低消費電力型振動子用のランガサイト型圧電結晶の開発(図3)や点火プラグ用難加工性合金の形状制御といった結晶成長技術の開発も産学連携体制で取り組んでいます。国内外の共同研究を通じて、環境やエネルギーも含めた市民社会の安全・安心・便利さを支える高機能デバイスを実現する新規機能性結晶を創製することで、世の中に貢献して行きたいと考えております。

シンチレータ結晶、圧電単結晶、マイクロ引き下げ法、チョクラルスキー法、ブリッジマン法
半導体の電気特性に影響する金属汚染

(a) Ce:GAGG シンチレータ単結晶
(b) Ce:GAGG を搭載したガンマカメラ

(a) SrI2 搭載スペクトロメータ  (b) 高温耐性に優れたLa-GPS 結晶とその発光特性

(a) SrI2 搭載スペクトロメータ 
(b) 高温耐性に優れたLa-GPS 結晶とその発光特性

(a) CTGAS 圧電単結晶 (b) CTGS を搭載した振動子  (c) 振動子の周波数応答

(a) CTGAS 圧電単結晶 (b) CTGS を搭載した振動子  (c) 振動子の周波数応答

金研とは