Влияние легирующего иона на процессы дефектообразования в моделируемых кластерах ниобата лития
О.Р. Стародуб, В.М. Воскресенский, Н.В. Сидоров, М.Н. Палатников
Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева – обособленное подразделение ФГБУН Федерального исследовательского центра «Кольский научный центр Российской академии наук»
DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.180
Оригинальная статья
Аннотация: Разработанный нами подход к расчету кластеров в структуре кристалла ниобата лития на основе не элементарных ячеек, а кислородных кластеров, позволяет не допустить разорванности структур на границах кластера и сохранить электронейтральность модельного кластера. Обнаружены оптимальный размер кластера, имеющий минимум энергии, и структура, стремящаяся к структуре конгруэнтного кристалла ниобата лития, подтверждающая энергетическую оптимальность конгруэнтного кристалла. При введении легирующего иона 3+ во всех трёх случаях концентраций наблюдается энергетический оптимум именно вблизи конгруэнтного соотношения Li / Nb. Также наблюдается понижение энергии после оптимизации модельного кластера, что согласуется с данными спектрального анализа об образовании внутри кристалла микрокластеров с локальным упорядочением структуры.
Ключевые слова: ниобат лития, моделирование, кластеры, вакансионные модели, дефекты подрешётки, монокристаллы, сегнетоэлектрики.
- Стародуб Ольга Ростиславна – к.х.н., старший научный сотрудник, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева – обособленное подразделение ФГБУН Федерального исследовательского центра «Кольский научный центр Российской академии наук»
- Воскресенский Вячеслав Михайлович – младший научный сотрудник, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева – обособленное подразделение ФГБУН Федерального исследовательского центра «Кольский научный центр Российской академии наук»
- Сидоров Николай Васильевич – д.ф.-м.н., профессор, и.о. главного научного сотрудника с исполнением обязанностей заведующего сектором колебательной спектроскопии лаборатории материалов электронной техники, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева – обособленное подразделение ФГБУН Федерального исследовательского центра «Кольский научный центр Российской академии наук»
- Палатников Михаил Николаевич – д.т.н., и.о. главного научного сотрудника с сохранением обязанностей заведующего лабораторией материалов электронной техники, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева – обособленное подразделение ФГБУН Федерального исследовательского центра «Кольский научный центр Российской академии наук»
Ссылка на статью:
Стародуб, О.Р. Влияние легирующего иона на процессы дефектообразования в моделируемых кластерах ниобата лития / О.Р. Стародуб, В.М. Воскресенский, Н.В. Сидоров, М.Н. Палатников // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2020. — Вып. 12. — С. 180-189. DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.180.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Кузьминов, Ю.С. Электрооптический и нелинейнооптический кристалл ниобата лития / Ю.С. Кузьминов. – М.: Наука, 1987. – 264 с.
2. Volk, T. Lithium niobate. Defects, photorefraction and ferroelectric switching / T. Volk, M. Wohlecke. – Berlin: Springer, 2008. – 250 p. DOI: 10.1007/978-3-540-70766-0.
3. Сидоров, Н.В. Исследование фоторефрактивных свойств кристаллов ниобата лития методами комбинационного и фотоиндуцированного рассеяния света / Н.В. Сидоров, Н.А. Теплякова, М.Н. Палатников // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов – 2017. – Вып. 9. – С. 442-448. DOI: 10.26456/pcascnn/2017.9.442.
4. Fontana, M.D. Microstructure and defects probed by Raman spectroscopy in lithium niobate crystals and devices / M.D. Fontana, P. Bourson // Applied Physics Reviews. – 2015. – V. 2. – I. 4. – P. 040602-1-040602-14. DOI: 10.1063/1.4934203.
5. Schröder, M. Conducting domain walls in lithium niobate single crystals / M. Schröder, A. Haußmann, A. Thiessen, et al. // Advanced Functional Materials. – 2012. – V. 22. – I. 18. – P. 3936-3944.
6. Бурачас, С.Ф. Влияние кластерных дефектов переменного состава на оптические и радиационные характеристики оксидных кристаллов / С.Ф. Бурачас, А.А. Васильев, М.С. Ипполитов и др. // Кристаллография. – 2007. – Т. 52. – № 6. – C. 1124-1130.
7. Kokhanchik, L.S. Characterization of electron-beam recorded microdomain patterns on the nonpolar surface of LiNbO3 crystal by nondestructive methods / L.S. Kokhanchik, R.V. Gainutdinov, E.D. Mishina, S.D. Lavrov, T.R. Volk // Applied Physics Letters. – 2014. – V. 105. – I.14. – P.142901-1-142901-4.
8. Воскресенский, В.М. Моделирование кластерообразования в нелинейнооптическом кристалле ниобата лития / В.М. Воскресенский, О.Р. Стародуб, Н.В. Сидоров и др. // Кристаллография. – 2011. – Т. 56. – № 2. – С. 246-251.
9. Воскресенский, В.М. Исследование кластерообразования в кристаллах ниобата лития методом компьютерного моделирования / В.М. Воскресенский, О.Р. Стародуб, Н.В. Сидоров, М.Н. Палатников, В.Т. Калинников // Кристаллография. – 2017. – Т. 62. – № 2. – С. 200-204. DOI: 10.7868/S002347611702031X.
10. Стародуб, О.Р. Анализ кластерообразования в моделируемых кристаллах ниобата лития / О.Р. Стародуб, В.М. Воскресенский, Н.В. Сидоров, М.Н. Палатников // Физикохимические аспекты изучения ластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2019. – Вып. 11. – С. 232-240 DOI: 10.26456/pcascnn/2019.11.232.
11. Сидоров, Н.В. Комплексные исследования структурной и оптической однородностей кристаллов ниобата лития с низким эффектом фоторефракции методами коноскопии, фотоиндуцированного светорассеяния и комбинационного рассеяния / Н.В. Сидоров, О.Ю. Пикуль, А.А. Крук и др. // Оптика и спектроскопия. – 2015. – Т. 118. – № 2. – С. 273-282. DOI: 10.7868/S0030403415020178.
12. Федорова, Е.П. Упорядочение катионов в кристаллах LiNbO3 и твердых растворов на его основе / Е.П. Федорова, Л.А. Алешина, Н.В. Сидоров и др. // Неорганические материалы. – 2010. – T. 46. – № 2. – C. 247-252.
13. Donnerberg, H. Computer-simulation studies of intrinsic defects in LiNbO3 crystals /
H. Donnerberg, S.M. Tomlinson, C.R.A. Catlow, O.F. Schirmer // Physical Review B. – 1989. – V. 40. – I. 17. – P. 11909-11916. DOI: 10.1103/physrevb.40.11909.
14. Zotov, N. Cation substitution models of congruent LiNbO3 investigated by X-ray and neutron powder diffraction / N. Zotov, H. Boysen, F. Frey et al. // Journal of Physics and Chemistry of Solids. – 1994. – V. 55. – I. 2. – Р. 145-152. DOI: 10.1016/0022- 3697(94)90071-X.
15. Scrymgeour, D.A. Local electromechanical response at a single ferroelectric domain wall in lithium niobate / D.A. Scrymgeour, V. Gopalan // Metallurgical and Materials Transactions A. – 2004. – V. 35. – Art. № 2287. – 4 p. DOI: 10.1007/s11661-006-0208-6.