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

Сравнительные исследования фотолюминесцентных и оптических свойств, концентрации ОН– -групп в кристаллах двойного легирования LiNbO3: Er:Zn

Л.А. Бобрева1, Р.А. Титов1, М.В. Смирнов1, И.В. Бирюкова1, С.М. Маслобоева1, А.Ю. Пятышев2, О.В. Палатникова1, Н.В. Сидоров1, М.Н. Палатников1

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

DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.060

Оригинальная статья

Аннотация: Выполнен сравнительный анализ фотолюминесцентных свойств, концентрации ОН—-групп и оптического качества кристаллов двойного легирования LiNbO3:Er:Zn, полученных из шихты разного генезиса. В кристалле, полученном методом твердофазного легирования LiNbO3:Er(0,53 мол.%):Zn(4,02 мол.%), содержание ОН—-групп выше, чем в кристалле LiNbO3:Er(0,75 мол.%):Zn(3,82 мол.%), полученном методом гомогенного легирования. Данные изменения происходят вследствие одновременного формирования в структуре кристалла LiNbO3:Er(0,53 мол.%):Zn(4,02 мол.%) двух видов комплексных дефектов: ZnNb3--OH и VLi-OH. Показано, что в кристалле LiNbO3:Er(0,75 мол.%):Zn(3,82 мол.%) наблюдается девиация оптической плотности. Установлено, что фотолюминесценция в видимой области обусловлена излучательными переходами иона Er3+ без проявления собственной люминесценции матрицы в исследуемых кристаллов. Для кристалла LiNbO3:Er:Zn, полученного методом твердофазного легирования, интенсивность люминесценции на 77% выше, чем в кристалле, полученного методом гомогенного легирования, что может быть обусловлено участием ОН—-групп в передаче энергии между матрицей и ионами Er3+.

Ключевые слова: ниобат лития, двойное легирование, фотолюминесценция, гидроксильные группы, редкоземельная и нефоторефрактивная примесь, точечные и 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 ФИЦ «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 ФИЦ «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 ФИЦ «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 ФИЦ «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 ФИЦ «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»
  • Палатникова Ольга Викторовна – к.т.н., старший научный сотрудник, лаборатория высокотемпературной химии и электрохимии, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева – обособленное подразделение ФГБУН ФИЦ «Кольский научный центр 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 ФИЦ «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 ФИЦ «Кольский научный центр РАН»

Ссылка на статью:

Бобрева, Л.А. Сравнительные исследования фотолюминесцентных и оптических свойств, концентрации ОН– -групп в кристаллах двойного легирования LiNbO3: Er:Zn / Л.А. Бобрева, Р.А. Титов, М.В. Смирнов, И.В. Бирюкова, С.М. Маслобоева, А.Ю. Пятышев, О.В. Палатникова, Н.В. Сидоров, М.Н. Палатников // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2024. — Вып. 16. — С. 60-71. DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.060.

Полный текст: загрузить PDF файл

Библиографический список:

1. Chen, F. 2.7 μm mid-infrared Er-doped thin-film LiNbO3-on-insulator photonic wire laser / F. Chen, Q. Xu, Z.-X. Chen et al. // Optical Materials. – 2023. – V. 140. – Art. № 113844. – 6 p. DOI: 10.1016/j.optmat.2023.113844.
2. Muñoz, I.C. Synthesis and thermoluminescence of erbium-activated lithium niobate / I.C. Muñoz, M.A. Landavazo, F. Brown et al. // Applied Radiation and Isotopes. – 2018. – V. 142. – P. 64-70. DOI: 10.1016/j.apradiso.2018.09.020.
3. Dai, L. Effect of zirconium content on defect structure and light damage resistance of Zr:Dy:LiNbO3 / L. Dai, L. Zhang, H. Wang, N. Lai // Crystal Research Technology – 2024. – V. 59. – I. 6. – Art. № 2300255. – 9 p. DOI: 10.1002/crat.202300255.
4. 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.
5. 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.
6. 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.
7. 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.
8. Zhao, L.-J. Enhancement of Er3+ Luminescence in LiNbO3:Mg / L.-J. Zhao, J. Yang, J.-J. Xu et al. // Crystals. Chinese Physics Letters. – 2001. – V. 18. − I. 9.− Р. 1205-1207. DOI: 10.1088/0256-307X/18/9/316.
9. 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.
10. 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.
11. Sommerfeldt, R. The light-induced charge transport in LiNbO3:Mg,Fe crystals / R. Sommerfeldt, L. Holtman, E. Krätzig, B.C. Grabmaier // Ferroelectrics. – 1989. – V. 92. – I. 1. – P. 219-225. DOI: 10.1080/00150198908211329.
12. Tsuboi, T. Spectral properties of Yb3+ ions in LiNbO3 single crystals: influences of other rare-earth ions, OH– ions, and γ-irradiation / T. Tsuboi, S.M. Kaczmarek, G. Boulon // Journal of Alloys and Compounds. – 2004. – V. 380. − I. 1-2. − Р. 196-200. DOI: 10.1016/J.JALLCOM.2004.03.043.
13. Mandari, K.K. Rare earth metal Gd influenced defect sites in N doped TiO2: defect mediated improved charge transfer for enhanced photocatalytic hydrogen production / K.K. Mandari, A.K.R. Police, J.Y. Do et al. // International Journal of Hydrogen Energy. – 2018. – V. 43. − I. 4. − Р. 2073-2082. DOI: 10.1016/J.IJHYDENE.2017.12.050.
14. Zhang, D.-L. Er3+ upconversion fluorescence of ErNbO4 phosphor for optical temperature sensing / D.-L. Zhang, Z.-P. Hou, F. Han et al. // IEEE Photonics Technology Letters. – 2014. – V. 26. – I. 16. – P. 1601-1604. DOI: 10.1109/LPT.2014.2328094.
15. Zhang, D.-L. Absorption and emission characteristics of Er3NbO7 phosphor: a comparison with ErNbO4 phosphor and Er:LiNbO3 single crystal / D.-L. Zhang, P.-R. Hua, Y.-M. Cui et al. // Journal of Luminescence. – 2007. – V. 127. – I. 2. – P. 453-460. DOI: 10.1016/j.jlumin.2007.02.035.
16. Runciman, W.A. Absorption and fluorescence spectra of ions in crystals / W.A. Runciman // Reports on Progress in Physics. – 1958. – V. 21. – I. 1. – P. 30-58. DOI: 10.1088/0034-4885/21/1/302.
17. Sidorov, N.V. Photoelectric fields and band gap in doped lithium niobate crystals / N.V. Sidorov, M.N. Palatnikov, N.A. Teplyakova // Inorganic Materials. – 2018 – V. 54 – I. 6 – P. 581-584. DOI: 10.1134/S0020168518060134.
18. Dai, S. Concentration quenching in erbium-doped tellurite glasses / S. Dai, C. Yu, G. Zhou, et al. // Journal of Luminescence. – 2006. – V. 117. – I. 1. – P 39-45. DOI: 10.1016/j.jlumin.2005.04.003.
19. 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.
20. 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.

⇐ Предыдущая статья | Содержание | Следующая статья ⇒