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

Исследование акустических, оптических и фоторефрактивных свойств монокристаллов ниобата лития, легированных цинком в области концентраций 5,38-9,0 мол.% Zn

И.Н. Ефремов, С.М. Маслобоева, И.В. Бирюкова, Н.А. Теплякова, 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/2023.15.085

Оригинальная статья

Аннотация: Получение оптических материалов на основе ниобата лития с контролируемыми оптическими свойствами является важной задачей современного материаловедения. До настоящего времени не решена проблема получения сильно легированных кристаллов LiNbO3 оптического качества с макроскопически однородным распределением примеси. В данной работе проведен сравнительный анализ исследований акустических, оптических и фоторефрактивных свойств монокристаллов ниобата лития LiNbO3:Zn, полученных способами прямого и гомогенного легирования из расплавов с концентрациями 5,38-9,0 мол.% Zn. Использованы методы: пьезоакустики, фотоиндуцированного рассеяния света и лазерной коноскопии. Определены значения статического пьезоэлектрического модуля, в соответствии с которыми все кристаллы являются монодоменными. Исследования кристаллов подтвердили отсутствие в них фоторефрактивного эффекта. Установлено, что кристаллы LiNbO3:Zn, выращенные на основе метода гомогенного легирования с концентрациями в расплаве 6,8-9,0 мол.% Zn, характеризуются наибольшей структурной и оптической однородностью, что представляет интерес для технологии выращивания методом Чохральского крупногабаритных легированных цинком кристаллов ниобата лития.

Ключевые слова: ниобат лития, легирование цинком, монокристалл, статический пьезомодуль, фотоиндуцированное рассеяние света, лазерная коноскопия, оптическая однородность

  • Ефремов Илья Николаевич – младший научный сотрудник 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»
  • Маслобоева Софья Михайловна – к.т.н., доцент, ведущий научный сотрудник 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»
  • Бирюкова Ирина Викторовна – к.т.н., старший научный сотрудник 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»
  • Теплякова Наталья Александровна – к.ф.-м.н., старший научный сотрудник 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:

Ефремов, И.Н. Исследование акустических, оптических и фоторефрактивных свойств монокристаллов ниобата лития, легированных цинком в области концентраций 5,38-9,0 мол.% Zn / И.Н. Ефремов, С.М. Маслобоева, И.В. Бирюкова, Н.А. Теплякова, М.Н. Палатников // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2023. — Вып. 15. — С. 85-97. DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.085.

Полный текст: загрузить PDF файл

Библиографический список:

1. Furukawa, Y. Optical damage resistance and crystal quality of LiNbO3 single crystals with various [Li]/[Nb] ratios / Y. Furukawa, M. Sato, K. Kitamura et al. // The Journal of Applied Physics. – 1992. – V. 72. – I. 8. – P. 3250-3254. DOI: 10.1063/1.351444.2.
2. Fontana, M. Optical damage resistance in undoped LiNbO3 crystals / M. Fontana, K. Chah, M. Aillerie et al. // Optical Materials. – 2001. – V. 16. – I. 1-2. – P. 111-117. DOI: 10.1016/S0925-3467(00)00066-5.
3. Bryan, D.A. Increased optical damage resistance in lithium niobate / D.A. Bryan, R. Gerson, H.E. Tomaschke // Applied Physics Letters. – 1984. – V. 44. – I. 9. – P. 847-849. DOI: 10.1063/1.94946.
4. Volk, T.R. Optical-damage-resistant Impurities in Lithium Niobate / T.R. Volk, N.M. Rubinina, M. Woehlecke // Journal of the Optical Society of America B: Optical Physics. – 1994. – V. 11. – I. 9. – P. 1681-1687. DOI:10.1364/JOSAB.11.001681.
5. Abdi, F. Coexistence of Li and Nb vacancies in the defect structure of pure LiNbO3 and its relationship to optical properties / F. Abdi, M.D. Fontana, M. Aillerie et al. // The Journal of Applied Physics A. – 2006. – V. 83. – I. 3. – P. 427-434. DOI:10.1007/S00339-006-3565-5.
6. Volk, T.R. Optical-damage-resistant LiNbO3:Zn crystal / T.R. Volk, V.I. Pryalkin, N.M. Rubinina // Optics Letters. – 1990. – V. 15. – I. 18. – P. 996-998. DOI:10.1364/OL.15.000996.
7. Aillerie, M. Photorefractive damage in congruent LiNbO3. Part I. Zinc doped lithium niobate crystals / M. Aillerie, P. Bourson, M. Mostefa et al. // The Journal of Physics: Conference Series. NAMES10: «New achievements in materials and environmental sciences», 26-29 October 2010, Nancy, France. – 2013. – V. 416. – Art. № 012001. – 10 p. DOI: 1742-6596/416/1/012001.
8. Sidorov, N.V. Synthesis of homogeneous doping with zinc charge of lithium niobate and comparative study of LiNbO3:Zn crystals of different genesis / N.V. Sidorov, L.A. Bobreva, S.M. Masloboeva et al. // Inorganic Materials: Applied Research. – 2019. – V. 10. – I. 5. – P. 1196-1203. DOI: 10.1134/S2075113319050307.
9. 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.
10. Palatnikov, M.N. The search of homogeneity of LiNbO3 crystals grown of charge with different genesis / M.N. Palatnikov, I.V. Biryukova, S.M. Masloboeva et al. // The Journal of Crystal Growth. – 2014. – V. 386. – P. 113-118. DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2013.09.038.
11. Zhao, L. ZnO-doped LiNbO3 single crystals studied by X-ray and density measurements / L. Zhao, X. Wang, B. Wang et al. // Applied Physics B. – 2004. – V. 78. – I. 6. – P. 769-774. DOI: 10.1007/s00340-004-1503-9.
12. Zhang, Y. Growth and properties of Zn doped lithium niobate crystal / Y. Zhang, Y.H. Xu, M.H. Li et al. // The Journal of Crystal Growth. – 2001. – V. 233. – I. 3. – P. 537-540. DOI: 10.1016/S0022-0248(01)01614-1.
13. Chernaya, T.S. Threshold concentrations in zinc-doped lithium niobate crystals and their structural conditionality / T.S. Chernaya, T.R. Volk, I.A. Verin et al. // Crystallography Reports. – 2008. – V. 53. – I. 4. – P. 573-578. DOI: 10.1134/S106377450804007X.
14. Sidorov, N.V. Photorefractive properties of congruent lithium niobate crystals doped with zinc / N.V. Sidorov, M.N. Palatnikov, N.A. Teplyakova et al. // Inorganic Materials: Applied Research. – 2016. – V. 7. – I. 2. – P. 170-176. DOI: 10.1134/S2075113316020209.
15. Sidorov, N.V. Complex investigations of structural and optical homogeneities of low-photorefractivity lithium niobate crystals by the conoscopy and photoinduced and raman light scattering methods / N.V. Sidorov, O.Yu. Pikoul, A.A. Kruk et al. // Optics and spectroscopy. – 2015. – V. 118. – I. 2. – P. 259-268. DOI: 10.1134/S0030400X15020174.
16. Palatnikov, M.N. Investigation of structural and optical homogeneity of LiNbO3:ZnO crystals of different genesis / M.N. Palatnikov, N.V. Sidorov, A.V. Kadetova et al. // Inorganic Materials: Applied Research. – 2020. – V. 11. – I. 2. – P. 320-329. DOI: 10.1134/S207511332002029X.
17. Masloboeva, S.M. Growth and characterization of a boron-doped lithium niobate single crystal / S.M. Masloboeva, I.N. Efremov, I.V. Biryukova et al. Inorganic Materials. – 2020. – V. 56. – I. 11. – P. 1147-1152. DOI: 10.1134/S0020168520110072.
18. Сидоров, Н.В. Лазерная коноскопия и фотоиндуцированное рассеяние света в исследованиях свойств нелинейно-оптического кристалла ниобата лития / Н.В. Сидоров, О.Ю. Пикуль, Н.А. Теплякова, М.Н. Палатников. – Москва: РАН, 2019. – 350 с.
19. Biryukova I.V. Preparation and characterization of lithium niobate single crystals doped with 4.02-5.38 mol % Zn / I.V. Biryukova, S.M. Masloboeva, I.N. Efremov et al. // Inorganic Materials. – 2023. – V. 59. – I. 2. – P. 164-170. DOI: 10.1134/S0020168523020048.

⇐ Предыдущая статья | Содержание | Следующая статья ⇒