Вышедшие номера
Home » Журнал технической физики » Год 2025, выпуск 11 » Статья стр. 2193
<<<>>>
Дефектная структура, оптические и фоторефрактивные свойства монокристаллов LiNbO3 : B : Gd
Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, регистрационный номер научной темы FMEZ-2025-0055.
Бирюкова И.В. 1, Титов Р.А. 1, Ефремов И.Н. 1, Ефремов В.В. 1,2, Бобрева Л.А. 1, Теплякова Н.А. 1, Палатникова О.В.1, Сидоров Н.В. 1, Палатников М.Н. 1
1Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева --- Федерального исследовательского центра "Кольский научный центр РАН", Апатиты, Мурманская обл., Россия
2Институт проблем промышленной экологии Севера — Федерального исследовательского центра ” Кольский научный центр РАН“, Апатиты, Мурманская обл., Россия
Email: i.biriukova@ksc.ru, r.titov@ksc.ru, i.efremov@ksc.ru, v.efremov@ksc.ru, l.bobreva@ksc.ru, n.tepliakova@ksc.ru, o.palatnikova@ksc.ru, n.sidorov@ksc.ru, m.palatnikov@ksc.ru
Поступила в редакцию: 14 марта 2025 г.
В окончательной редакции: 7 мая 2025 г.
Принята к печати: 20 июня 2025 г.
Выставление онлайн: 21 октября 2025 г.
PDF версия
Исследованы технологические подходы к получению нелинейно-оптических монокристаллов двойного легирования LiNbO3 : B : Gd. Показано, что одновременное легирование бором и гадолинием позволяет направленно воздействовать на дефектную структуру и практические свойства кристаллов ниобата лития. Методом твердофазного синтеза-грануляции получена исходная монофазная шихта ниобата лития с концентрацией B2O3 0.03 mol.% и Gd2O3 0.62 mol.%, соответствующая составу конгруэнтного плавления. Обнаружено уменьшение концентрации бора в расплаве после выращивания кристаллов LiNbO3 : B : Gd приблизительно в три раза по сравнению с его концентрацией в исходной шихте. Методом Чохральского из расплава выращены два монокристалла LiNbO_3:(0.58· 10-3 B2O3) : (0.51 mol.% Gd2O3) и LiNbO_3:(0.32· 10-3 B2O3) : (0.53 mol.% Gd2O3), близкие по составу, характеризующиеся низким эффектом фоторефракции, высокой композиционной и оптической однородностью. Оба кристалла LiNbO3 : B : Gd характеризуются высоким значением температуры Кюри (1210 oC и 1213 oC). Методом ИК-спектроскопии поглощения в области валентных колебаний OH-групп показано, что увеличение концентрации гидроксильных групп в кристаллах LiNbO3 : B : Gd обусловлено физико-химическими и технологическими факторами. Методом лазерной коноскопии показано, что кристалл LiNbO_3:(0.32· 10-3 B2O3) : (0.53 mol.% Gd2O3) обладает более высокой оптической однородностью по сравнению с кристаллом LiNbO_3:(0.58· 10-3 B2O3) : (0.51 mol.% Gd2O3). Ключевые слова: ниобат лития, гадолиний, бор, двойное легирование, лазерная коноскопия, фотоиндуцированное рассеяние света, ИК-спектроскопия поглощения, оптическая микроскопия.
  1. C. Guanyu, L. Nanxi, D.N. Jun, L. Hong-Lin, Z. Yanyan, H.F. Yuan, Y.T.L. Lennon, Y. Yu, L. Ai-Qun, J.D. Aaron. Adv. Photonics, 4 (3), 034003 (2022). DOI: 10.1117/1.AP.4.3.034003
  2. R.S. Weis, T.K. Gaylord. Appl. Phys. A, 37, 191 (1985). DOI: 10.1007/BF00614817
  3. Y. Guo, L. Liu, D. Liu, S. Deng, Y. Zhi. Appl. Opt., 44 (33), 7106 (2005). DOI: 10.1364/ao.44.007106
  4. Н.В. Сидоров, Т.Р. Волк, Б.Н. Маврин, В.Т. Калинников. Ниобат лития: дефекты, фоторефракция, колебательный спектр, поляритоны (Наука, М., 2003)
  5. Y. Wang, R. Wang, J. Yuan, Y. Wang. J. Lumin., 147, 242 (2014). DOI: 10.1016/j.jlumin.2013.11.032
  6. M. Carrascosa, A. Garci a-Cabanes, M. Jubera, J.B. Ramiro, F. Agullo-Lopez. Appl. Phys. Rev., 2 (4), 040605 (2015). DOI: 10.1063/1.4929374
  7. К.М. Мамбетова, С.М. Шандаров, А.И. Татьянников, С.В. Смирнов. Известия вузов. Физика, 62 (4), 89 (2019). DOI: 10.17223/00213411/62/4/89 [K.М. Мambetova, S.M. Shandarov, A.I. Tatyannikov, S.V. Smirnov. Russ. Phys. J., 62 (4), 658 (2019). DOI: 10.1007/s11182-019-01760-6]
  8. K. Chen, Y. Zhu, Z. Liu, D. Xue. Molecules, 26 (22), 7044 (2021). DOI: 10.3390/molecules26227044
  9. H.M. O'Bryan, P.K. Gallagher, C.D. Brandle. J. Am. Ceram. Soc., 68 (9), 493 (1985). DOI: 10.1111/J.1151-2916.1985.TB15816.X
  10. Ю.С. Кузьминов. Электрооптический и нелинейнооптический кристалл ниобата лития (Наука, М., 1987)
  11. D. Xue, K. Kitamura, J. Wang. Opt. Mater., 23, 399 (2003). DOI: 10.1016/S0925-3467(02)00326-9
  12. H.D. Megaw. Acta Cryst., 7 (2), 187 (1954). DOI: 10.1107/s0365110x54000527
  13. M.N. Palatnikov, N.V. Sidorov, O.V. Makarova, D.V. Manukovskaya, L.A. Aleshina, А.V. Kadetova. J. Am. Ceram. Soc., 100 (8), 3703 (2017). DOI: 10.1111/jace.14851
  14. T. Volk, M. Wohlecke. Lithium Niobate. Defects, Photorefraction and Ferroelectric Switching (Springer, Berlin, 2008)
  15. A. Kling, J.G. Marques. Crystals., 11 (5), 501 (2021). DOI: 10.3390/cryst11050501
  16. M.N. Palatnikov, N.V. Sidorov, A.Yu. Pyatyshev, P.P. Sverbil, N.A. Teplyakova, O.V. Makarova. Opt. Mater., 135, 113241 (2023). DOI: 10.1016/j.optmat.2022.113241
  17. O. Sanchez-Dena, S.D. Villalobos-Mendoza, R. Farias, C.D. Fierro-Ruiz. Crystals., 10 (11), 990 (2020). DOI: 10.3390/cryst10110990
  18. C. Cochard, M. Guennou, T. Spielmann, N.V. Hoof, A. Halpin, T.J. Granzow. Appl. Phys., 123 (15), 154105 (2018). DOI: 10.1063/1.5021758
  19. Y. Kong, F. Bo, W. Wang, D. Zheng, H. Liu, G. Zhang, R. Rupp, J. Xu. Adv. Mater., 32 (3), 1806452 (2019). DOI: 10.1002/adma.201806452
  20. Т.С. Черная, Т.Р. Волк, И.А. Верин, В.И. Симонов. Кристаллография, 53 (4), 612 (2008). [T.S. Chernaya, T.R. Volk, I.A. Verin, V.I. Simonov. Crystallogr. Rep., 53 (4), 573 (2008). DOI: 10.1134/S106377450804007X]
  21. Т.С. Черная, Б.А. Максимов, Т.Р. Волк, Н.М. Рубинина, В.И. Симонов. Письма в ЖЭТФ, 73 (2), 110 (2001). [T.S. Chernaya, B.A. Maksimov, T.R. Volk, N.M. Rubinina, V.I. Simonov. JETPL, 73 (2), 103 (2001). DOI: 10.1134/1.1358430]
  22. М.Н. Палатников, О.В. Макарова, Н.В. Сидоров. Ростовые и технологические дефекты кристаллов ниобата лития различного химического состава (Изд-во ФИЦ КНЦ РАН, Апатиты, 2018)
  23. M.N. Palatnikov, I.V. Biryukova, N.V. Sidorov, A.V. Denisov, V.T. Kalinnikov, P.G.R. Smith, V.Ya. Shur. J. Cryst. Growth., 291 (2), 390 (2006). DOI: 10.1016/J.JCRYSGRO.2006.03.022
  24. Н.В. Сидоров, М.Н. Палатников, Н.А. Теплякова, И.В. Бирюкова, Р.А. Титов, О.В. Макарова, С.М. Маслобоева. Монокристаллы ниобата и танталата лития разного состава и генезиса (Изд-во РАН, М., 2022)
  25. M. Palatnikov, N. Sidorov, A. Kadetova. O. Makarova. Opt. Mater., 122 (A), 111755 (2021). DOI: 10.1016/j.optmat.2021.111755
  26. М.Н. Палатников, Н.В. Сидоров, В.И. Скиба, Д.В. Макаров, И.В. Бирюкова, Ю.А. Серебряков, О.Э. Кравченко, Ю.И. Балабанов, В.Т. Калинников. Неорг. матер., 36 (5), 593 (2000). [M.N. Palatnikov, N.V. Sidorov, V.I. Skiba, D.V. Makarov, I.V. Biryukova, Y.A. Serebryakov, O.E. Kravchenko, Y.I. Balabanov, V.T. Kalinnikov. Inorg. Mater., 36 (5), 489 (2000). DOI: 10.1007/BF02758054]
  27. K. Raksanyc, A. Peter, Z. Szaller, I. Forizs, S. Erdei. Acta Phys. Hung., 61 (2), 213 (1987). DOI: 10.1007/BF03155894
  28. M. Palatnikov, O. Makarova, A. Kadetova, N. Sidorov, N. Teplyakova, I. Biryukova, O. Tokko. Materials, 16 (13), 4541 (2023). DOI: 10.3390/ma16134541
  29. X.H. Zhen, H.T. Li, Z.J. Sun, S.J. Ye, L.C. Zhao, Y.H. Xu. Mater. Lett., 58 (6), 1000 (2004). DOI: 10.1016/j.matlet.2003.08.005
  30. T. Bodziony, S.M. Kaczmarek, J. Hanuza. J. Alloys Compd., 451 (1-2), 240 (2008). DOI: 10.1016/j.jallcom.2007.04.189
  31. G. Xu, J. Zhu, B. Xiao, X. Yang, X. Wang. Cryst. Res. Technol., 31 (2), K20 (1996). DOI: 10.1002/crat.2170310226
  32. X. Yang, G. Xu, H. Li, J. Zhu, X. Wang. Cryst. Res. Technol., 31 (4), 521 (1996). DOI: 10.1002/crat.2170310418
  33. K. Kasemir, K. Betzler, B. Matzas, B. Tiegel, T. Wahlbrink, M. Wohlecke, B. Gather, N. Rubinina, T. Volk. J. Appl. Phys., 84 (9), 5191 (1998). DOI: 10.1063/1.368769
  34. S. Klauer, M. Whlecke, S. Kapphan. Phys. Rev. B., 45 (6), 2786 (1992). DOI: 10.1103/PhysRevB.45.2786
  35. Н.В. Сидоров, О.Ю. Пикуль, Н.А. Теплякова, М.Н. Палатников. Лазерная коноскопия и фотоиндуцированное рассеяние света в исследованиях свойств нелинейно-оптического кристалла ниобата лития (Изд-во РАН, М., 2019)
  36. Ю.М. Таиров, В.П. Цветков. Технология полупроводниковых и диэлектрических материалов (Высшая школа, М., 1983)
  37. H. Can, W. Shichao, Y. Ning. J. Alloys Compd., 502 (1), 211 (2010). DOI: 10.1016/J.JALLCOM.2010.04.146
  38. К.А. Рудой, Б.В. Набатов, В.И. Строганов, А.Ф. Константинова, Л.В. Алексеева, Е.А. Евдищенко, Б.И. Кидяров. Кристаллография, 48 (2), 334 (2003). [K.A. Rudovi, V.I. Stroganov, L.V. Alekseeva, B.V. Nabatov, A.F. Konstantinova, E.A. Evdishchenko, B.I. Kidyarov. Crystallogr. Rep., 48 (2), 300 (2003). DOI: 10.1134/1.1564211]
  39. O.Y. Pikoul. J. Appl. Crystallogr., 43 (5/1), 955 (2010). DOI: 10.1107/S0021889810022375
  40. E. Muzi, M. Cavillon, M. Lancry, F. Brisset, R. Que, D. Pugliese, D. Janner, B. Poumellec. Crystals, 11 (3), 290 (2021). DOI: 10.3390/cryst11030290
  41. C. Koyama, J. Nozawa, K. Maeda, K. Fujiwara, S. Uda. J. Appl. Phys., 117 (1), 014102 (2015). DOI: 10.1063/1.4905286
  42. C.-T. Chia, C.-C. Lee, P.-J. Chang, M.-L. Hu, L.J. Hu. Appl. Phys. Lett., 86 (18), 182901 (2005). DOI: 10.1063/1.1922083
  43. N. Lyi, K. Kitamura, F. Izumi, J.K. Yamamoto, T. Hayashi, H. Asano, S. Kimura. J. Solid State Chem., 101 (2), 340 (1992). DOI: 10.1016/0022-4596(92)90189-3
  44. P. Lerner, C. Legras, J.P. Dumas. J. Cryst. Growth., 3-4, 231 (1968). DOI: 10.1016/0022-0248(68)90139-5
  45. J.M. Cabrera, J. Olivares, M. Carrascosa, J. Rams, R. Muller, E. Dieguez. Adv. Phys., 45 (5), 349 (1996). DOI: 10.1080/00018739600101517
  46. K. Lengyel, A. Peter, L. Kovacs, G. Corradi, L. Palfalvi, J. Hebling, M. Unferdorben, G. Dravecz, I. Hajdara, Z. Szaller, K. Polgar. Appl. Phys. Rev., 2 (4), 040601 (2015). DOI: 10.1063/1.4929917
  47. L. Kovacs, L. Rebouta, J.C. Soarest, M.D. Silva, M. Hage-ali, J. Stoquert, P. Siffert, J.A. Sanz-Garcia, G. Corradi, Z. Szaller, K. Polgar. J. Phys.: Condens. Matter., 5, 781 (1993). DOI: 10.1088/0953-8984/5/7/006
  48. R.D. Shannon. Acta Crystallographica, A 32, 751 (1976). DOI: 10.1107/s0567739476001551
  49. L. Kovacs, Z. Szaller, K. Lеngyel, G. Corradi. Opt. Mater., 37, 55 (2014). DOI: 10.1016/j.optmat.2014.04.043
  50. L. Kovacs, L. Kocsor, Z. Szaller, I. Hajdara, G. Dravecz, K. Lengyel, G. Corradi. Crystals, 7 (8), 230 (2017). DOI: 10.3390/cryst7080230

Учредители

Издатель

© 2025 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Powered by webapplicationthemes.com - High quality HTML Theme