7種類の合成ガーネット素材の紹介

ガーネットはケイ酸塩鉱物の一種で、青銅器時代から宝石や研磨剤として使われてきた。ガーネットの一般的な化学式はA3B2(SiO4)3であり、Aはマグネシウム、鉄、マンガン、カルシウムなどの2価の元素を表し、Bはアルミニウム、クロム、鉄などの3価の元素である。ガーネットには、パイロープ(Mg3Al2(SiO4)3)、アマンディン(Fe3Al2(SiO4)3)、スペサルティン(Mn2+3Al2(SiO4)3)、グロシュラー(Ca3Al2(SiO4)3)、ウバロバイト(Ca3Cr2(SiO4)3)、アンドラダイト(Ca3Fe2(SiO4)3)などがあります。）しかし、今日はこれらの天然ガーネットの話ではなく、合成ガーネットの話である。

合成ガーネットは希土類ガーネットとも呼ばれています。ガーネットの結晶構造は、原型的なものからより高度なタイプへと拡大している。同様に、一般的な化学式で表すことができる：A3B2(CO4)3。AとBは前述の2価元素と3価元素を表し、Cはケイ素だけでなく、ゲルマニウム、ガリウム、アルミニウム、バナジウム、鉄など多数の元素を表す。

この記事では、テルビウムガリウムガーネット（TGG）、テルビウムスカンジウムアルミニウムガーネット（TSAG）、セリウムドープルテチウムアルミニウムガーネット（Ce：LuAG）、セリウムドープガドリニウムアルミニウムガーネット（Ce:GAGG）、ネオジムドープイットリウムアルミニウムガーネット（Nd:YAG）、クロムドープイットリウムアルミニウムガーネット（Cr4+:YAG）、ガドリニウムガリウムガーネット（GGG）。

テルビウムガリウムガーネット（TGG）

テルビウムガリウムガーネット（TGG）は、化学組成がTb3Ga5O12の合成ガーネットの一種です。TGGは、大きなヴェルデ定数、低い光学損失、高い熱伝導性、高いレーザー損傷しきい値という利点があります。レーザーシステムの光アイソレーター、光ファイバーシステムの光サーキュレーター、光変調器、電流・磁場センサーなどに広く使用されている。また、TGG単結晶はファラデー回転子やアイソレータを作るのに最適な磁気光学材料であり、400～1100nm（470nm～500nmを除く）の波長に適している。

テルビウムスカンジウムアルミニウムガーネット（TSAG）

テルビウムスカンジウムアルミニウムガーネット（TSAG）は、Tb3Sc2Al3O12の化学組成を持つ無色透明な合成ガーネットです。ヴェルデ定数が高く、熱的・機械的特性に優れています。 TSAGは 次世代ファイバーレーザーの重要なアイソレーター材料であり、理想的な可視・赤外磁性結晶である。

セリウムドープルテチウムアルミニウムガーネット（Ce:LuAG）

セリウムドープルテチウムアルミニウムガーネット(Ce:LuAG)は、高密度、速い減衰時間、非吸湿性、良好な機械的および化学的性能の利点を持つ比較的高密度のシンチレータです。また、Ce:LuAGは機械的、化学的に安定であり、角柱、球体、薄板を含む様々な形状やサイズに加工することができます。Ce:LuAGは、薄型イメージングスクリーン、医療用スキャンシステム、高エネルギー粒子加速器・検出器、レーザー・LED照明に適しています。

セリウムドープガドリニウムガリウムガーネット（Ce:GAGG）

セリウム添加ガドリニウム・アルミニウム・ガリウム・ガーネット（Ce:GAGG）は、比較的新しい単結晶シンチレータで、高い光収率、良好なエネルギー分解能、高い実効原子番号、高速シンチレーション応答、化学的安定性、堅牢性、大面積の結晶成長が可能です。Ce:GAGG結晶は、X線イメージング、コンピュータ断層撮影（CT）、陽電子放出断層撮影（PET）、単一光子放出コンピュータ断層撮影（SPECT）などの医療用イメージング技術に適しています。

ネオジム添加イットリウム・アルミニウム・ガーネット（Nd:YAG）

ネオジム添加イットリウム・アルミニウム・ガーネット（Nd:YAG）は、ネオジム、イットリウム・アルミニウム、酸素からなる合成結晶で、化学式はNd:Y3Al5O12。最も古く、最も有名で、最も広く使用されているレーザー結晶である。Nd:YAGは、比較的良好な光吸収と変換効率、低発光しきい値、高出力動作のための良好な熱放散を持っています。これは、レーザーマーキングマシン、切断機、レーザー治療機器、美容機器などの医療用および工業用レーザーで広く使用されている好ましいレーザー加工材料です。

クロム添加イットリウム・アルミニウム・ガーネット（Cr4+：YAG）

クロム添加イットリウム・アルミニウム・ガーネット（Cr4+:YAG）は、Cr4+:Y3Al5O12の化学式を持つ結晶です。この結晶は化学的に安定で、紫外線に強く、耐久性があります。また、幅広い温度と条件で動作することができ、高平均出力の用途に適しています。Cr4+:YAGは、0.8～1.2 µmの波長範囲において、Nd:YAGやその他のNdおよびYb添加レーザーの受動Qスイッチングに理想的な材料です。また、リモートセンシング、3Dスキャン、ライダーシステムにも使用されています。

ガドリニウムガリウムガーネット（GGG）

ガドリニウムガリウムガーネット（GGG）は、化学式Gd3Ga5O12で表される結晶性ガーネットです。GGG単結晶は、低光損失、高熱伝導性、高レーザー損傷しきい値などの優れた機械的、熱的、光学的特性を有しています。GGG単結晶は、光学部品や光学基板に望ましい材料です。GGG単結晶基板は、光通信デバイスの中核部品であるYIG＆BIG膜のエピタキシャル成長を成功させるのに役立ちます。

スタンフォード・アドバンスト・マテリアルズ（SAM）は、多くの用途やデバイスに使用される光学結晶材料の製造を専門としています。機能性結晶材料には主に、磁気光学結晶TGGテルビウムガリウムガーネット、TSAG、圧電結晶LT（LiTaO3）タンタル酸リチウム、LN（LiNbO3）ニオブ酸リチウム、LGSランタンガリウムシリケート、シンチレーション結晶Ce：LUAG、Ce：レーザー結晶Nd：YAG、単結晶エピタキシャル基板結晶GGG、SGGG、ランタンアルミネートLaAlO3など。高純度結晶材料のご購入にご興味がございましたら、お気軽に弊社営業までお問い合わせください。