酸化ゲルマニウムビスマス

alt=A crystal cylinder rests on a piece of white cloth, which itself sits on a blue surface of a table. |thumb|322x322px|直径1インチ・高さ1インチのBGOの結晶。紫外線により変性するため、ここではノートパソコンの液晶の光を照射している。
酸化ゲルマニウムビスマス（さんかゲルマニウムビスマス、）またはゲルマニウム酸ビスマス（ゲルナミニウムさんビスマス、）は、ビスマス、ゲルマニウム、酸素からなる無機化合物である。ほとんどの場合、化学式（BGOと呼ばれる）で表され、立方晶系の結晶構造を持ち、シンチレータとして用いられる。（シレナイト構造をとり電気光学性を持つや、を指す場合もある。）

Bi4Ge3O12
Bi4Ge3O12は、立方晶系の結晶構造（a = 1.0513 nm, z = 4, ピアソン記号 cI76, 空間群 I3d No. 220）を持ち、密度は7.12 g/cm3である。X線またはガンマ線の照射により、375 nmから650 nmの波長を持つ光子を放出し、480 nmにおいて最大で吸収した高エネルギーのメガ電子ボルトあたり約8500個の光子を放出する。高い耐放射性（5.104 Gyまで安定）を持ち、高いシンチレーション効率や、5 MeVから20 MeVの高いエネルギー分解能、高い機械的強度が特徴的であり、吸湿性は無い。融点は1050 ℃で、最も一般的な酸化物系シンチレータであるBismuth Germanate Scintillation Material . crystals.saint-gobain.com。

酸化ゲルマニウムビスマスは、素粒子物理学や航空宇宙物理学、核医学、地質探査、その他の産業における検出器として用いられる。またガンマパルス分光法に用いられ、BGOの結晶はポジトロン断層法の検出器として用いられる。

市販の結晶はチョクラルスキー法で得られ、通常は直方体または円柱の形で供給される。大きな結晶も得ることができ、製造はたいてい1100 ℃、つまり融点よりも50 ℃高い温度で行われるProcess for the production of bismuth germanate monocrystals with a high scintillation response. Le Gal et al US Patent 4664744。

Bi12GeO20
Bi12GeO20は立方晶系の結晶構造（a = 1.01454 nm,  z = 2, ピアソン記号 cI66, 空間群 I23 No. 197）を持ち、密度は9.22 g/cm3である。この酸化ゲルマニウムビスマスは、高い電気工学係数（3.3 pm/V for Bi12GeO20）を持ち、非線形光学においてポッケルスセルを作るのに有用であり、紫外線域のフォトリフラクティブ素材としても使われる。

Bi12GeO20の結晶は圧電性を持ち、強い電気光学効果と音響光学効果を持つ。また水晶発振器や表面弾性波装置など限られた分野で応用されるLam, C.S. (2004) Integration of SAW and BAW Technologies for Oscillator Applications. International Workshop on SiP/Soc Integration of MEMS and Passive Components with RF ICs。単結晶の棒および繊維は、ゾーンメルト法によって酸化ビスマス(III)と酸化ゲルマニウムの混合物から得られる。結晶は透明で茶色を呈する。

BGOの結晶と、類似した混合物であるBSO（酸化ケイ素ビスマスBi12SiO20）やBTO（Bi12TiO20）は、いずれもフォトリフラクティブであり、光伝導体であり、BGOとBSOの結晶は、低い暗伝導性を持つ効率的な光伝導体として用いられる。電気光学的にも応用され、光学的なPROM、PRIZ空間光変調器、リアルタイムホログラム記録、相関器、超短波レーザーパルスの適応補正システムなどに使われるほか、電界・磁界用の光ファイバーセンサーとしても用いられる。導波管構造は広域なスペクトルの均一な照射を可能にする。スパッタリングなどで形成可能な薄膜のシレン石構造は、幅広い応用が期待されている。BSOの結晶は空間光変調器や液晶ライトバルブに用いられる。BTOの光学的活性は、BGOとBSOのものよりもはるかに小さい。やや性能が類似するペロブスカイトとは異なり、強誘電体ではない。

においても有用である。

スパッタリング時には、ビスマスの蒸気圧により組成が化学量論に則らなくなるため、450 ℃未満に保つ必要がある。ただし、圧電性γ相を形成するためには、400℃以上である必要がある。

脚注

 関連項目 



外部リンク
 Scintillation crystals

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