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

Особенности локализации легирующих катионов Tb3+ в кристалле LiNbO3 в диапазоне концентраций 0,1-2,21 мас. %

Л.А. Бобрева1, Н.В. Сидоров1, М.Н. Палатников1, А.Ю. Пятышев2

1 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»
2 ФГБУН «Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук»

DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.055

Оригинальная статья

Аннотация: Методом спектроскопии ИК-поглощения в области валентных колебаний ОН– -групп исследованы кристаллы LiNbO3:Tb (0,1 мас.%), LiNbO3:Tb (0,48 мас.%), LiNbO3:Tb (2,21 мас.%), выращенные методом Чохральского по технологии прямого легирования шихты конгруэнтного состава. Обнаружено, что при концентрации точечных дефектных центров катионной подрешетки VLi выше концентрации примесных точечных дефектов TbLi в ИК спектре регистрируется полоса поглощения с частотой 3487 см-1 , связанная с нарушением стехиометрии и образованием комплексного дефекта (VLi-ОН) в кристаллах LiNbO3:Tb (0,1 мас.%), LiNbO3:Tb (0,48 мас.%). Дальнейшее увеличение концентрации легирующей примеси приводит к изменению длины связей О-О, что влияет на длину ОН– -связей и появление новой полосы поглощения с частотой 3493 см-1, которая соответствует комплексному дефекту (TbLi-ОН) в кристалле LiNbO3. Вследствие неравномерного вхождения примеси в кристалле LiNbO3:Tb формируются кластеры, которым в спектре соответствуют полосы поглощения с частотой в диапазоне 3100-3403 см-1 и 3510-3580 см1.

Ключевые слова: монокристалл, ниобат лития, редкоземельный ион, валентные колебания ОН– –групп, 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»
  • Пятышев Александр Юрьевич – к.ф.-м.н., старший научный сотрудник, лаборатория комбинационного рассеяния света, ФГБУН «Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук»

Ссылка на статью:

Бобрева, Л.А. Особенности локализации легирующих катионов Tb3+ в кристалле LiNbO3 в диапазоне концентраций 0,1-2,21 мас. % / Л.А. Бобрева, Н.В. Сидоров, М.Н. Палатников, А.Ю. Пятышев // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2023. — Вып. 15. — С. 55-63. DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.055.

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. 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.
3. Кузьминов, Ю.С. Электрооптический и нелинейнооптический кристалл ниобата лития / Ю.С. Кузьминов. – М.: Наука, 1987. – 264 с.
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. Donnerberg, H.J. Computer – simulation studies of intrinsic defects in LiNbО3 / H.J. 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.
6. 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.
7. Ryba-Romanowski, W. Influence of temperature on luminescence of terbium ions in LiNbO3 / W. RybaRomanowski, S. Golab, G. Dominiak-Dzik et al. // Applied Physics Letters. – 2001. –V.78. – I. 23. – P. 3610-3611. DOI: 10.1063/1.1376660.
8. 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.
9. 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.
10. 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.
11. Lifante, G. Site-selective spectroscopy of Nd3+ in LiNbО3:Nd and LiNbО3: Nd, Mg crystals / G. Lifante, F. Cussó, F. Jaque, et al. //Chemical Physics Letters. – 1991. – V. 176. – I. 5. – Р. 483-488. DOI: 10.1016/0009-2614(91)90241-Z.
12. Палатников, М.Н. Особенности структуры кристаллов LiNbO3:Tb различного химического состава / М.Н. Палатников, Л.А. Алешина, О.В. Сидорова и др. // Журнал технической физики. – 2021. – Т. 91. – Вып. 6. – С. 956-963. DOI: 10.21883/JTF.2021.06.50865.216-20.
13. Bodziony, T. EPR and optical measurements of weakly doped LiNbO3:Er / T. Bodziony, S.M. Kaczmarek // Physica B: Condensed Matter. – 2007. –V. 400. I. 1-2. – P. 99-105. DOI: 10.1016/j.physb.2007.06.032.
14. Malovichko, G. Electron paramagnetic resonance and electron-nuclear double resonance of nonequivalent Yb3+ centers in stoichiometric lithium niobate / G. Malovichko, V. Bratus, V. Grachev, E. Kokanyan // Physica Status Solidi b. – 2008. – V. 246. – I. 1. – P. 215-225. DOI: 10.1002/pssb.200844164.
15. Kadetova, A.V. Intrinsic stacking fault of the ilmenite type in the structure of lithium niobate crystals of various compositions / A.V. Kadetova, O.V. Tokko, A.I. Prusskii et al. // Materialia. – 2023. – V. 28. – Art. № 101770. – P. 101770-101778. DOI: 10.1016/j.mtla.2023.101770.
16. Sidorov,N.V. Second-order Raman spectra of a LiNbO3:Tb crystal / N.V. Sidorov, M.N. Palatnikov, V.S. Gorelik, P.P. Sverbil // Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. – 2022. – V. 266. – Art. № 120445. – P. 120445-120450. DOI: 10.1016/j.saa.2021.120445.
17. Rahman, M.K.R. Investigations on crystalline perfection, Raman spectra and optical characteristics of transition metal (Ru) co-doped Mg:LiNbO3 single crystals / M.K.R. Rahman, B. Riscob, R. Bhatt et al. // ACS Omega. – 2021. – V. 6. – I. 16. – P. 10807-10815. DOI: 10.1021/acsomega.1c00452.

⇐ Предыдущая статья | Содержание | Следующая статья ⇒