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

Особенности дефектной структуры активно-нелинейных кристаллов двойного легирования LiTaO3:Cr:Nd и их проявление в инфракрасных спектрах поглощения в области валентных колебаний ОН—-групп

Л.А. Бобрева1,2, Н.В. Сидоров1, А.Ю. Пятышев3, М.Н. Палатников1, М.К. Тарабрин4, А.А. Бушунов4

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 ФГАОУ ВО «Мурманский арктический университет»
3 ФГБУН «Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН»
4 Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.034

Оригинальная статья

Аннотация: По инфракрасным спектрам поглощения в области частот валентных колебаний ОН-групп изучена дефектная структура серии кристаллов LiTaO3cong, LiTaO3:Cr (0,005 мас.%), LiTaO3:Cr:Nd (0,06 и 0,20 мас.%), LiTaO3:Cr:Nd(0,09 и 0,25 мас.%), LiTaO3:Cr:Nd (0,1 и 0,25 мас. %), LiTaO3:Cr:Nd (0,2 и 0,45 мас.%). Обнаружено, что в спектрах всех кристаллов присутствуют линии с частотами в диапазонах 3462-3464 и 3476-3480 см-1, соответствующие валентным колебаниям атомов водорода в гидроксильных группах ОН. Столь незначительные отличия в частотах линий обусловлены отличиями в стехиометрии кристаллов (отношения R=[Li]/[Ta]) и образованием комплексных дефектов (VLi—)-ОН. Установлено, что полоса поглощения с частотой ≈ 3504 см-1 связана с появлением комплексных дефектов CrLi2+-ОН-CrTa2-. Методом Клавира определена объёмная концентрация ОН—групп в кристаллах, которая максимальна для кристалла LiTaO3:Cr:Nd (0,09 и 0,25 мас%) вследствие наличия двух видов комплексных дефектов (Cr+2Li)-ОН-(Cr2-Ta) и (VLi—)-ОН.

Ключевые слова: танталат лития, двойное легирование Cr и Nd, валентные колебания ОН-- групп, точечные структурные дефекты, комплексные дефекты, ИК-спектроскопия

  • Бобрева Любовь Александровна – к.т.н., научный сотрудник, сектор колебательной спектроскопии и структурных исследований 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», доцент кафедры физики, биологии и инженерных технологий ФГАОУ ВО «Мурманский арктический университет»
  • 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 Российской академии наук»
  • Пятышев Александр Юрьевич – к.ф.-м.н., старший научный сотрудник, лаборатория комбинационного рассеяния света, ФГБУН «Физический институт им. П.Н. Лебедева 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 Российской академии наук»
  • Тарабрин Михаил Константинович – к.т.н., научный сотрудник лаборатории, Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана
  • Бушунов Андрей Алексеевич – научный сотрудник лаборатории, Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

Ссылка для цитирования:

Бобрева, Л.А. Особенности дефектной структуры активно-нелинейных кристаллов двойного легирования LiTaO3:Cr:Nd и их проявление в инфракрасных спектрах поглощения в области валентных колебаний ОН—-групп / Л.А. Бобрева, Н.В. Сидоров, А.Ю. Пятышев, М.Н. Палатников, М.К. Тарабрин, А.А. Бушунов // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2025. - Вып. 17. - С. 034-043. DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.034. ⎘

Полный текст: загрузить PDF файл

Библиографический список:

1. Сидоров, Н.В. Монокристаллы ниобата и танталата лития разного состава и генезиса / Н.В. Сидоров, М.Н. Палатников, Н.А. Теплякова и др. – М.: РАН, 2022. – 288 с.
2. Hboub, H. Effect of Nd doping on Curie temperature of nonstoichiometric lithium tantalate / H. Hboub, E. Fadlaoui, N. Masaif // Bulletin of Materials Science. – 2024. – V. 47. – I. 2. – Art. № 90. – 4 p. DOI: 10.1007/s12034-024-03147-x.
3. Sokólska, I. Optical spectroscopy of doped LiTaO3 crystals / I. Sokólska, S. Gołab, W. Ryba-Romanowski // Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. – 1998. – V. 54. – I. 11. – P. 1685-1694. DOI: 10.1016/S1386-1425(98)00098-5.
4. Vergara, I. Radiative energy transfer from Cr3+ to Nd3+ in LiNbO3:Nd,Cr / I. Vergara, E. Camarillo, J.A. Sanz-García et al. // Solid State Communications. – 1992. – V. 82. – I. 9. – P. 733-737. DOI: 10.1016/0038-1098(92)90071-G.
5. Li, J. Influence of Cr3+ concentration on Cr3+ sensitizing Nd3+ in Cr,Nd:MgO:LiNbO3 / J. Li, K.X. Zhang et. al. // Journal of Luminescence. – 1995. – V. 65. – I. 2. – P. 99-104. DOI: 10.1016/0022-2313(95)00054-T.
6. 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.
7. 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.
8. Bobreva, L.A. Investigation of structural perfection of lithium niobate single crystals of different composition and genesis by IR spectroscopy in the area of valent vibrations of hydrogen bonds / L.A. Bobreva, N.V. Sidorov, N.A. Teplyakova et al. // Optics and Spectroscopy. – 2022. – V. 130. – I. 1. – P. 150-159. DOI: 10.21883/EOS.2022.01.53001.12-21.
9. Zhen, X. Study on growth and optical property of Nd:Zn:LiNbO3 crystal / X. Zhen, Y. Xu, R. Wang et al. // Ferroelectrics. – 2002. – V. 265. – I. 1. – P. 297-302. DOI: 10.1080/00150190208260630.
10. Kaczmarek, S. M. Growth and characterization of lithium tantalate single crystals doped with Ho, Tm, Nd, Yb, Pr and doped by diffusion with Cr and Cu / S.M. Kaczmarek, M. Świrkowiczb, R. Jabłoński et al. // Journal of Alloys and Compounds. – 2000. – V. 300-301. – P. 322-328. DOI: 10.1016/S0925-8388(99)00732-X.
11. Wu, X.-L. Microstructural study of Nd‐doped LiTaO3 / X.-L. Wu, Z.-Q. Zhang, A. Hu et al. // Applied Physics Letters. – 1995. – V. 67. – I. 17. – P. 2450-2452. DOI: 10.1063/1.114604.
12. Li, J. Infrared absorption study of OH− in MgO: LiNbO3 doped with Cr and Nd / J. Li, B. Li, H.-F. Wang // Physics Letters A. – 1995. – V. 205. – I. 1. – P. 112-116. DOI: 10.1016/0375-9601(95)00527-A.
13. Johnson, L.F. Coherent emission from rare earth ions in electro‐optic crystals/ L.F. Johnson, A.A. Ballman // Journal of Applied Physics. – 1969. – V. 40. – I. 1. – P. 297-302. DOI: 10.1063/1.1657047.
14. Zhang, P.X. Optical spectroscopy of Nd3+/Mg2+ co-doped LiTaO3 laser crystal / P.X. Zhang, Y. Hang, J. Gong et al. // Laser Physics. – 2013. – V. 23. – I. 1. – Art. № 015803. – 4 p. DOI: 10.1088/1054-660X/23/1/015803.
15. 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.
16. Glass, A.M. Optical spectra of Cr3+ impurity ions in ferroelectric LiNbO3 and LiTaO3 / A.M. Glass // The Journal of Chemical Physics. − 1969. − V. 50, – I. 4. − P. 1501-1510. DOI: 10.1063/1.1671234.
17. Ryba-Romanowski, W. Influence of temperature on the optical properties of LiTaO3:Cr / W. Ryba-Romanowski, S. Golab, W.A. Pisarski et al. // Applied Physics Letters. − 1997. − V. 70. – I. 19. − P. 2505- 2508. DOI: 10.1063/1.118904.
18. Xing-long, W. Raman spectroscopic study of Nd-doped lithium tantalite / W. Xing-long, Z. Ming-sheng, C. Qiang et al. / Acta Physica Sinica. − 1994. − V. 3. – № 7. − P. 493-500. DOI: 10.1088/1004-423x/3/7/002.
19. Shannon, R.D. Revised effective ionic radii and systematic studies of interatomic distances in halides and chalcogenides / R.D. Shannon // Acta Crystallographica. – 1976. – V 32. – I. 5. – P. 751-767. DOI: 10.1107/s0567739476001551.
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.
21. Chah, K. Electro-optic properties in undoped and Cr-doped LiNbO3 crystals/ K. Chah, M.D. Fontana, M. Aillerie et al. // Applied Physics B. – 1998. – V. 67. – I. 1. – Р.65-71. DOI: 10.1007/s003400050476.

⇐ Предыдущая статья | Содержание | Следующая статья ⇒