Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов
Основан в 2009 году

Исследование структурных особенностей кристаллов LiNbO3:Gd (0,002-0,26 мас.%) по ИК-спектрам поглощения в области валентных колебаний водородных связей

Л.А. Бобрева, Н.В. Сидоров, М.Н. Палатников, А.Н. Гостева

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/2023.15.046

Оригинальная статья

Аннотация: Выращены методом Чохральского по технологии прямого легирования шихты конгруэнтного состава нелинейно оптические монокристаллы LiNbO3:Gd (0,001-0,26 мас.%). Методом ИК-спектроскопии поглощения изучена дефектная структура кристаллов в области валентны колебаний водородных связей. Обнаружено, что в области малых концентраций легирующей примеси гадолиния на ИК-спектре наблюдается уменьшение ширин полос поглощения. Вхождение примеси гадолиния с концентрацией 0,26 мас.% приводит к существенной деформации кислородного октаэдра из-за большого ионного радиуса катиона гадолиния и увеличению длин О-О. На ИК спектре регистрируется новая полоса поглощения с частотой 3488 см-1, соответствующая комплексному дефекту VLi-ОН. Расчет объемной концентрации ОН-групп показал наименьшее значение для кристалла LiNbO3congr, наибольшее для LiNbO3:Gd (0,005 мас. %), что связано с процессом вхождением легирующей примеси в структуру и увеличением количества точечных дефектных центров VLi необходимых для компенсации структурного дефекта GdLi2+.

Ключевые слова: ниобат лития, дефекты, ИК-спектроскопия, водородные связи, комплексные дефекты

  • Бобрева Любовь Александровна – к.т.н., научный сотрудник, сектор 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»
  • Сидоров Николай Васильевич – д.ф.-м.н., профессор, главный научный сотрудник с исполнением обязанностей заведующего, сектор колебательной спектроскопии, лаборатория 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., главный научный сотрудник с сохранением обязанностей заведующего, лаборатория 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»
  • Гостева Алевтина Николаевна – к.х.н., научный сотрудник, лаборатория физико-химических методов анализа, 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:

Бобрева, Л.А. Исследование структурных особенностей кристаллов LiNbO3:Gd (0,002-0,26 мас.%) по ИК-спектрам поглощения в области валентных колебаний водородных связей / Л.А. Бобрева, Н.В. Сидоров, М.Н. Палатников, А.Н. Гостева // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2023. — Вып. 15. — С. 46-54. DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.046.

Полный текст: загрузить PDF файл

Библиографический список:

1. Сидоров, Н.В. Ниобат лития: дефекты, фоторефракция, колебательный спектр, поляритоны / Н.В. Сидоров, Т.Р. Волк, Б.Н. Маврин, В.Т. Калинников. – М.: Наука, 2003. – 255 с.
2. Kemlin, V. Dual-wavelength source from 5% MgO:PPLN cylinders for the characterization of nonlinear infrared crystals / V. Kemlin, D. Jegouso, J. Debray et al. // Optics Express. – 2013. – V. 21. – I. 23. – Р. 28886-28891. DOI: 10.1364/OE.21.028886.
3. Murray, R.T. High average power parametric wavelength conversion at 3.31–3.48 μm in MgO:PPLN / R.T. Murray, T.H. Runcorn, S. Guha, J.R. Taylor // Optics Express. – 2017. –V. 25. – I. 6. – Р. 6421-6430. DOI: 10.1364/OE.25.006421.
4. Iyi, N. Comparative study of defect structures in lithium niobate with different compositions / N. Iyi, K. Kitamura, F. Izumi et al. // Journal of Solid State Chemistry. − 1992. − V. 101. − I. 2.− P. 340-352. DOI: 10.1016/0022-4596(92)90189-3.
5. Lengyel, K. The effect of stoichiometry and Mg doping on the Raman spectra of LiNbO3:Mg crystals / K. Lengyel, L. Kovács, A. Pẻter et al. // Applied Physics B: Lasers and Optics. – 2007. – V. 87. – I. 2. – P. 317-322. DOI: 10.1007/s00340-007-2589-7.
6. Палатников, М.Н. Влияния технологии приготовления шихты на физико-химические и оптические свойства кристаллов LiNbO3:Mg / М.Н. Палатников, И.В. Бирюкова, О.В. Макарова и др. // Перспективные материалы. – 2016. – № 1. – C. 5-13.
7. Arizmendi, L. Lifetimes of thermally fixed holograms in LiNbO3:Fe crystals / L. Arizmendi, E.M. MiguelSanz de, M. Carrascosa // Optics Letters. – 1998. – V. 23. – I. 12. – Р. 960-963. DOI: 10.1364/OL.23.000960.
8. de Miguel-Sanz, E.M. Effect of the oxidation state and hydrogen concentration on the lifetime of thermally fixed holograms in LiNbO3:Fe / E.M. de Miguel-Sanz, M. Carrascosa, L. Arizmendi // Physical Review B.|– 2002. – V. 65. – I. 16. – Р. 1656101-1-1656101-7. DOI: 10.1103/PhysRevB.65.165101.
9. Bermúdez, V. Er incorporation into congruent LiNbO3 crystals / V. Bermúdez, M. Serrano, J. Tornero, E. Diéguez // Solid State Communications. – 1999. – V. 112. – I. 12. – P. 699-703. DOI: 10.1016/S0038- 1098(99)00419-6.
10. Liu, J. Growth and optical properties of Pr-Mg co-doped LiNbO3 crystal using Bridgman method / J. Liu, A. Liu, Y. Chen et al. // Physica B: Condensed Matter. – 2022. – V. 624. – Art. № 413419. DOI: 10.1016/j.physb.2021.413419.
11. Алешина, Л.А. Структурные особенности легированных кристаллов ниобата лития / Л.А. Алешина, А.В. Кадетова, О.В. Сидорова // Труды КНЦ РАН: Химия и материаловедение. – 2018. – T. 9. – № 2-2. – C. 493-498.
12. Yang, C. Growth and properties of Pr3+ doped LiNbO3 crystal with Mg2+ incorporation: A potential material for quasi-parametric chirped pulse amplification / C. Yang, X. Tu, S. Wang et al. // Optical Materials. – 2020. – V. 105. – Art. № 109893. – 7 p. DOI: /10.1016/j.optmat.2020.109893.
13. Cabrera, J.M. Hydrogen in lithium niobate / J.M. Cabrera, J. Olivares, M. Carrascosa et al. // Advances in Physics. – 1996. – V. 45. – I. 5. – P. 349-392. DOI: 10.1080/00018739600101517.
14. Lеngyel, K. Growth, defect structure, and THz application of stoichiometric lithium niobate / K. Lengyel, Á. Péter, L. Kovács et al. // Applied Physics Reviews. – 2015. – V. 2. – I. 4. – Р. 040601-1-040601-28. DOI: 10.1063/1.4929917.
15. Arizmendi, L. Lifetime of thermally fixe holograms in LiNbO3 crystals doped with Mg and Fe / L. Arizmendi, F.J. López-Barberá // Applied Physics B. – 2007. – V. 86. – I. 1. – P. 105-109. DOI: 10.1007/s00340-006-2417-5.
16. Палатников, М.Н. Фундаментальные аспекты технологии сильно легированных кристаллов ниобата лития / М.Н. Палатников, Н.В. Сидоров, О.В. Макарова, И.В. Бирюкова. – Апатиты: КНЦ РАН, 2017. – 241 с.
17. Сюй, А.В. Фоторефрактивные свойства и особенности строения нелинейно-оптического кристалла ниобата лития / А.В. Сюй, Н.В. Сидоров, Е.А. Антонычева. – Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2011. – 107 с.
18. Klauer, S. Influence of the H-D isotopic substitution on the protonic conductivity in LiNbO3 crystal / S. Klauer, M. Wöhlecke, S. Kapphan // Physical Review B. – 1992. – V. 45. – I. 6. – P. 2786-2799. DOI: 10.1103/physrevb.45.2786.
19. Kovács, L. On the lattice site of trivalent dopants and the structure of Mg2+ -OH- -M3+ defects in LiNbO3:Mg crystals / L. Kovács, L. Rebouta, J. C. Soarest et al.// Journal of Physics: Condensed Matter. – 1993. – V.5. – № 7. – P. 781-794. DOI: 10.1088/0953-8984/5/7/006.
20. Xue, D. Dopant occupancy and structural stability of doped lithium niobate crystals/D. Xue, X. He// Physical Review B. – 2006. – V. 73. – I. 6. – P. 064113-1-064113-7. DOI: 10.1103/PhysRevB.73.064113.
21. Kovács, L. Hydroxyl ions in stoichiometric LiNbO3 crystals doped with optical damage resistant ions / L. Kovács, Zs. Szaller, K. Lеngyel, G. Corradi // Optical Materials. – 2014. – V. 37. – P. 55-58. DOI: 10.1016/j.optmat.2014.04.043.

⇐ Предыдущая статья | Содержание | Следующая статья ⇒