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

Сравнительные исследования особенностей структуры кристаллов LiNbO3:Er:Zn разного генезиса

Л.А. Бобрева1, Р.А. Титов1, М.В. Смирнов1, И.В. Бирюкова1, С.М. Маслобоева1, А.Ю. Пятышев2, Н.В. Сидоров1, М.Н. Палатников1

1 Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева – обособленное подразделение ФГБУН Федерального исследовательского центра «Кольский научный центр РАН»
2 ФГБУН «Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН»

DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.048

Оригинальная статья

Аннотация: Методами спектроскопии инфракрасного поглощения в области валентных колебаний ОН−-групп и спектроскопии комбинационного рассеяния света выполнены сравнительные исследования кристаллов двойного легирования LiNbO3:Er:Zn разного генезиса: кристалла LiNbO3:Er (0,53 мол.%):Zn(4,02 мол.%), полученного методом твердофазного легирования, и кристалла LiNbO3:Er (0,75 мол.%):Zn(3,82 мол.%), полученного методом гомогенного легирования. На инфракрасных спектрах поглощения обнаружены небольшие изменения основных параметров полос поглощения с частотами 3483 и 3492 см-1, что может быть связано с большей концентрацией легирующей примеси цинка в кристалле LiNbO3:Er (0,53 мол.%):Zn(4,02 мол.%). По изменению параметра полуширины линии с частотой 271 см-1 в спектрах комбинационного рассеяния света исследованных кристаллов установлено, что кристалл LiNbO3:Er (0,53 мол.%):Zn(4,02 мол.%) обладает более высоким упорядочением структурных единиц катионной подрешётки, по сравнению с кристаллом LiNbO3:Er (0,75 мол.%):Zn(3,82 мол.%).

Ключевые слова: ниобат лития, твердофазное легирование, гомогенное легирование, эрбий, цинк, двойное легирование, комбинационное рассеяние света, комплексные дефекты, инфракрасная спектроскопия

  • 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 РАН»
  • Титов Роман Алексеевич – к.т.н., младший 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 РАН»
  • Смирнов Максим Владимирович – к.ф.-м.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 РАН»
  • Бирюкова Ирина Викторовна – к.т.н., ведущий научный сотрудник, 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 РАН»
  • Маслобоева Софья Михайловна – к.т.н., доцент, ведущий научный сотрудник, 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 РАН»
  • Пятышев Александр Юрьевич – к.ф.-м.н., старший научный сотрудник, лаборатория комбинационного рассеяния света, ФГБУН «Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН»
  • Сидоров Николай Васильевич – д.ф.-м.н., профессор, главный научный сотрудник с исполнением обязанностей заведующего, сектор колебательной спектроскопии и структурных исследований, 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 РАН»
  • 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 РАН»

Ссылка на статью:

Бобрева, Л.А. Сравнительные исследования особенностей структуры кристаллов LiNbO3:Er:Zn разного генезиса / Л.А. Бобрева, Р.А. Титов, М.В. Смирнов, И.В. Бирюкова, С.М. Маслобоева, А.Ю. Пятышев, Н.В. Сидоров, М.Н. Палатников // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2024. — Вып. 16. — С. 48-59. DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.048.

Полный текст: загрузить PDF файл

Библиографический список:

1. Mignotte, C. Structural characterization for Er3+ -doped oxide materials potentially useful as optical devices / C. Mignotte // Applied Surface Science. – 2004. – V. 226. – I. 4. – P. 335-370. DOI: 10.1016/j.apsusc.2003.10.051.
2. Qi, Y. Integrated lithium niobate photonics / Y. Qi, Y. Li // Nanophotonics. – 2020. – V. 9. – I. 6. – P. 1287-1320. DOI: 10.1515/nanoph-2020-0013.
3. Núñez, L. Site-selective up-conversion in LiNbO3:Er3+ / L. Núñez, B. Herreros, R. Duchowicz et al. // Journal of Luminescence. – 1994. –V. 60-61. – P. 81-84. DOI: 10.1016/0022-2313(94)90099-X.
4. Milori, D.M.B.P. Optical and ESR study of Er + in LiNbO3 / D.M.B.P. Milori, I.J. Moraes, A.C. Hernandes et al. // Physical Review B. – 1995. – V. 51. – I. 5. – P. 3206-3209. DOI: 10.1103/PhysRevB.51.3206.
5. Qian, Y. Influence of Zn2+ ions concentration on the optical properties of Zn/Er:LiNbO3 crystals / Y. Qian, R. Wang, L. Xing et. al. // Crystal Research and Technology – 2011. – V. 46. – I. 11. – P. 1137-1142. DOI: 10.1002/crat.201100254.
6. Chen, Y. Effect of Mg concentration on the domain reversal of Mg-doped LiNbO3 / Y. Chen, W. Yan, J. Guo et al. // Applied Physics Letters. – 2005. – V. 87. – I. 21. – P. 212904-1-212904-3. DOI: 10.1063/1.2135389.
7. Volk, T.R. Optical-damage-resistant LiNbO3:Zn crystal / T.R. Volk, V.I. Pryalkin, N.M. Rubinina // Optics Letters – 1990 – V. 46. – I. 18. – P. 996-998. DOI: 10.1364/OL.15.000996.
8. 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.
9. Kumaragurubaran, S. Domain inversion and optical damage in Zn doped near-stoichiometric lithium niobate crystal / S. Kumaragurubaran, S. Takekawa, M. Nakamura et. al. // Conference on Lasers and Electro-Optics/Quantum Electronics and Laser Science and Photonic Applications Systems Technologies, 22-27 May 2005, Baltimore, Maryland United State. Washington: Optica Publishing Group, 2005. Paper id CMW2. – P. 393-395. DOI: 10.1109/cleo.2005.201790.
10. 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.
11. 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.
12. Biryukova, I.V. Study of the effect of dopant concentration on the optical uniformity and photorefractive properties of LiNbO3:Er:Zn single crystals / I.V. Biryukova, R.A. Titov, N.A. Teplyakova et al. // Technical Physics. – 2023. – V. 68. – I. 11. – P. 1459-1467. DOI: 10.61011/TP.2023.11.57496.162-23.
13. Masloboeva, S.M. Preparation and characterization of lithium niobate single crystals doped with zinc and erbium / S.M. Masloboeva, I.N. Efremov, I.V. Biryukova et al. // Inorganic Materials. – 2021. – V. 57. – I. 7. – P. 701-709. DOI: 10.1134/S0020168521070116.
14. 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.
15. 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.
16. Bermúdez, V. Opposite domain formation in Er-doped LiNbO3 bulk crystals grown by the off-centered Czochralski technique / V. Bermúdez, M.D Serrano, P.S. Dutta et al. // Journal of Crystal Growth. – 1999. – V. 203. – I. 1-2. – P. 179-185. DOI: 10.1016/s0022-0248(99)00087-1.
17. Sanna, S. Raman scattering efficiency in LiTaO3 and LiNbO3 crystals / S. Sanna, S. Neufeld, M. Rusing et al. // Physical Review B. – 2015. – V. 91. – I. 22. – P. 224302-1-224302-9. DOI: 10.1103/PhysRevB.91.224302.
18. Margueron, S. Resolved E-symmetry zone-centre phonons in LiTaO3 and LiNbO3 / S. Margueron, A. Bartasyte, A.M. Glazer // Journal of Applied Physics. – 2012. – V. 111. – I. 10. – P. 104105-1-104105-6. DOI: 10.1063/1.4716001.
19. 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. 10. – P. 040602-1-040602-14. DOI: 10.1063/1.4934203.
20. Caciuc, V. Ab initio structure and zone-center phonons in LiNbO3 / V. Caciuc, A.V. Postnikov, G. Borstel // Physical Review B. – 2000. – V. 61. – I. 13. – P. 8806-8813. DOI: 10.1103/PhysRevB.61.8806.
21. Palatnikov, M. Structure, optical properties and physicochemical features of LiNbO3:Mg,B crystals grown in a single technological cycle: an optical material for converting laser radiation / M. Palatnikov, O. Makarova, A. Kadetova et al. // Materials. – 2023. – V. 16. – I. 13. – Art. № 4541. – 30 p. DOI: 10.3390/ma16134541.
22. Palatnikov, M.N. Growth, structure, physical and chemical characteristics in a series of LiNbO3:Er crystals of different composition grown in one technological cycle / M.N. Palatnikov, A.V. Kadetova, L.A. Aleshina // Optics & Laser Technology. – 2022. – V. 147. – Art. № 107671. – 9 p. DOI: 10.1016/j.optlastec.2021.107671.

⇐ Предыдущая статья | Содержание | Следующая статья ⇒