基質材料に応じて、Bi³⁺イオンは深紫外、可視光、さらには近赤外領域で発光することができ、様々な発光材料の活性化イオンとしてよく用いられます。Bi³⁺ドープのエネルギーレベル構造と発光機構の研究は、新規発光材料の設計と性能向上に役立ちます。本論文では、近年行われた第一原理計算の関連手法と結果を分析・総括し、Bi³⁺ドープ系の基底状態および励起状態における局所構造と電子構造の共通点を議論します。配位座標図を用いて、これらの材料の励起、緩和、発光の動的過程を解析・考察しました。研究対象の励起状態は主に、Bi³⁺の6s¹6p¹電子配置、リガンド-ドープイオン電荷移動状態6s²6p¹と束縛ホール、金属-金属電荷移動状態6s¹と束縛電子、そしてイオン対間の電子移動により形成されるBi²⁺-Bi⁴⁺イオン対の4種類に分類されます。本文はBi³⁺の分光学的特徴の実験的指認から出発し、各種発光過程の物理的イメージと理論的記述を総括し、幾つかの代表例に基づいて理論・計算が実験現象の解析と指導に果たす役割を示しています。また、発光中心の局所構造、基質のバンドギャップ、欠陥準位とBi³⁺イオンの発光特性の関係についても簡単に論じています。

第一原理;Bi³⁺イオン;光励起発光;励起状態