CC BY
29
Gabain Alexey Anatolyevich
Engineer, I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research
Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia
Gabain@chemy.kolasc.net.ru
Yanichev Alexander Alexandrovich
PhD (Physics & Mathematics), I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia Jovial1985@yandex.ru Sidorov Nikolay Vasilyevich
Dr. Sc. (Physics & Mathematics), I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia sidorov@chemy.kolasc.net.ru Palatnikov Mikhail Nikolayevich
Dr. Sc. (Engineering), I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia palat_mn@chemy.kolasc.net.ru
DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.753-758 УДК 535 : 361:456.34 : 882
ОПТИЧЕСКАЯ ОДНОРОДНОСТЬ И КОНЦЕНТРАЦИОННЫЕ ПЕРЕСТРОЙКИ СТРУКТУРЫ КРИСТАЛЛОВ LiNbO3 : В
Р. А. Титов, Н. В. Сидоров, Н. А. Теплякова, А. А. Яничев, М. Н. Палатников
Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия
Аннотация
Комплексом методов исследованы концентрационные перестройки структуры монокристаллов LiNbO3 (0,55^1,24 мол. % В2О3 в шихте). Показано, что катион В3+ практически не входит в катионную подрешетку кристалла LiNbO3, но определенным образом изменяет структуру расплава. Выращенные из такого структурированного конгруэнтного расплава монокристаллы LiNbO3 : В характеризуется высокой структурной и оптической однородностью, близкой к кристаллу стехиометрического состава с низким эффектом фоторефракции. Ключевые слова:
монокристалл, ниобат лития, легирование, катионы бора, фоторефрактивный эффект, комбинационное и фотоиндуцированное рассеяние света.
OPTICAL UNIFORMITY AND CONCENTRATION REARRANGEMENT IN STRUCTURE OF LiNbO3 : В CRYSTALS
R. A. Titov, N. V. Sidorov, N. A. Teplyakova, A. A. Yanichev, M. N. Palatnikov
I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials
of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia
Abstract
We have investigated the concentration rearrangement in structure of single LiNbO3 crystals (0,55^1,24 mol. % В2О3 in bateh) using a complex of methods. We have detected that only few B3+ cations incorporate to cation sublattice of crystal but in a certain way it changes melt structure. LiNbO3 : В single crystals grown from such structured congruent melt possess high structural and optical uniformity which is close to the one of the stoichiometric composition crystal with low photorefraction effect. Keywords:
single crystal, lithium niobate, doping, cation B3+, photorefractive effect, Raman and photoinduced light scattering.
Введение
Монокристалл LiNbO3 относится к важнейшим пьезоэлектрическим, пироэлектрическим, сегнетоэлектрическим материалам и находит широкое применение в различных устройствах электронной техники и нелинейной оптики [1]. Одним из способов повысить оптическую стойкость конгруэнтных кристаллов LiNbO3 является легирование металлическими «нефоторефрактивными» катионами [2]. Влияние нефоторефрактивных примесей на оптические свойства ниобата лития по большей части основано на
«регулировании» содержания в кристалле структурных дефектов NbLi (катионов Nb5+, находящихся в позициях катионов Li+). В то же время легирование металлическими катионами в значительных концентрациях приводит к существенному повышению оптической и структурной неоднородности монокристалла [1, 2].
Неметаллические катионы практически не входят в кислородные октаэдры структуры кристалла LiNb03. Согласно нашим предварительным данным, при содержании около 1,2 мол. % В2О3 в расплаве в кристалле будет присутствовать всего лишь ~ 4 10-4 мол. % В2О3, что соответствует концентрации многочисленных посторонних следовых катионных примесей в LiNbO3 (Zr, Mo, Ca, Fe, Ti, Si и др.) [1, 2].
В данной работе по спектрам КРС, чувствительным к изменению взаимодействий между структурными единицами кристалла, исследованы кристаллы LiNbO3 : В (0,55^1,24 мол. % в шихте) в зависимости от изменения концентрации бора. Оптическая и структурная однородность кристаллов исследована методами ФИРС и лазерной коноскопии. Результаты для кристаллов, легированных бором, сравнивались с результатами, полученными для номинально чистых стехиометрических и конгруэнтных кристаллов ^№03стех и LiNbO^m соответственно).
Эксперимент
Все кристаллы выращивались в воздушной атмосфере методом Чохральского на установке «Кристалл-2». Выращивание номинально чистого кристалла LiNbO3 стехиометрического состава осуществлялось из расплава с 58,6 мол. % Li2O. Номинально чистые конгруэнтные кристаллы LiNb03 и LiNb03 : В (0,55^1,24 мол. % в шихте) выращивались из расплава конгруэнтного состава. Легирование при выращивании монокристаллов LiNb03 : В осуществлялось по методике, подробно описанной в [3]. Концентрация посторонних примесей в шихте не превышала 5 10-4 мас. %.
Спектры КРС возбуждались линией 514,5 нм аргонового лазера "Spectra Physics" (модель 2018-RM) и регистрировались спектрографом "T64000" (Horiba Jobin Yvon) с использованием конфокального микроскопа. Методика исследований ФИРС и лазерной коноскопии подробно описаны в работе [2].
Результаты и их обсуждение
На рисунке 1 представлен фрагмент низкочастотного спектра КРС кристаллов LiNb0зконг и LiNb03 : B в геометрии рассеяния y(ZZ)Y (А1(ТО)). Частоты линий в пределах ошибок эксперимента оставались постоянными, что свидетельствует о малости влияния изменения концентрации легирующей добавки на квазиупругие постоянные решетки исследованных кристаллов.
I, отн.ед.
112 123 <*> (6) | I
Рис. 1. Фрагмент низкочастотного спектра КРС кристаллов ЫМЮзконг (1), ЫЫЮз : В (0,55 (2), 0,69 (3), 0,83 (4), 1,24 (5) мол. % В2О3 в шихте) в геометрии рассеяния у(22)У (А\(ТО)) — а; концентрационные зависимости интенсивности (I) линии с частотой 630 см-1 в спектре КРС и угла 9 раскрытия спекл-структуры ФИРС кристаллов Ы№0зконг, ЫЫЮз : В (0,55^1,24 мол. % В2О3 в шихте) — б
Из рисунке 2 видно, что изменения в поведении ширин спектральных линий при изменении состава шихты для выращивания кристаллов Ы№03 : В наблюдаются во всем спектре: в области двухчастичных состояний акустических фононов (100-150 см-1) — рис. 1, а — в области колебаний катионов, находящихся в кислородных октаэдрах ВО6 (В — №, Ы, легирующий катион) (200^300 см-1), в области колебаний атомов кислорода кислородных октаэдров (500^900 см-1) — рис. 2. При этом ширины линий в низкочастотной области спектра, соответствующей колебаниям катионной подрешетки, кристаллов Ы№03 : В меньше, чем соответствующие ширины линий спектра кристалла Ь1№03конг, и приближаются по значениям к Ы№03стех (рис. 2).
стех. конг. 0.55 0.69 0.83 1.24 В2Оз,мол. %
Рис. 2. Зависимость ширин основных линий в спектрах КРС номинально чистых монокристаллов LiNbO3 стехиометрического (1), конгруэнтного (2) состава, а также легированных катионами В3+: 0,55 (3); 0,69 (4);
0,83 (5); 1,24 (6) мол. % B2Oз в шихте
Полученные данные свидетельствуют о том, что даже при очень незначительном изменении концентрации бора в шихте происходит увеличение упорядочения основных, легирующих катионов и вакансий вдоль полярной оси кристалла. Однако в области колебаний кислородного каркаса ширины линий в спектрах кристаллов LiNbO3 : В увеличиваются по сравнению с ширинами линий кристалла LiNbO3к0нГ, что указывает на «возмущение» октаэдров ВО6 при легировании расплава бором. Ширина «запрещенной» линии с частотой 630 см-1 в спектре кристаллов LiNbO3 : В (0,55^1,24 мол. % В2О3 в шихте) хорошо коррелирует с общим поведением ее интенсивности и угла 9 раскрытия спекл-структуры ФИРС (рис. 1, б, 3. Интенсивность линии с частотой 120 см-1, отвечающей двухчастичным состояниям акустических фононов с суммарным волновым вектором, равным нулю [1] (рис. 1, а), в спектре кристаллов LiNbO3 : В сначала уменьшается с увеличением концентрации бора в шихте, а затем увеличивается. При этом в спектре кристалла LiNbO3 : В (1,24 мол. % В2О3 в шихте), так же как и в спектре конгруэнтного кристалла, эта линия расщеплена на два компонента с частотами 112 и 123 см-1 (рис. 1, а), что свидетельствует о высоком структурном совершенстве этого кристалла. Уменьшение интенсивности линии с частотой 120 см-1 свидетельствует также и об уменьшении количества дефектов в кристалле.
Обращает на себя внимание тот факт, что наиболее сильную зависимость от концентрации бора испытывают линии, расположенные в области колебаний кислородных октаэдров (рис. 2). Следует отметить интересное поведение ширин линий с частотами 576 (Е(ТО)) и 630 см-1 (А1(ТО)), соответствующие дважды вырожденным и полносимметричным колебаниям атомов кислорода кислородных октаэдров соответственно, которые испытывают существенное уширение при легировании конгруэнтного расплава LiNbO3 катионами В3+ вплоть до 0,83 мол. % бора в шихте. При этом видно, что наибольшее значение ширина линии с частотой 630 см-1 имеет в спектре КРС кристалла LiNbO3 : В, содержащего 0,83 мол. % В2О3 в шихте, что свидетельствует о максимальном искажении кислородных октаэдров для исследованного нами диапазона концентраций бора. В свою очередь, в кристалле с содержанием 1,24 мол. % В2О3 в шихте ширина линии с частотой 630 см-1 значительно уменьшается, что свидетельствует об уменьшении «возмущения» октаэдров.
Высокую оптическую однородность исследованных в данной работе кристаллов LiNbO3 : В (0,55^1,24 мол. % В2О3 в шихте) подтверждают коноскопические картины, рис. 3. Только для кристалла LiNbO3 : В (0,83 мол. % В2О3 в шихте) при 90 мВт на коноскопической картине наблюдаются незначительные признаки аномальной оптической двуосности, связанные с увеличением эффекта фоторефракции. При этом наиболее низким эффектом фоторефракции, согласно данным ФИРС, обладает кристалл LiNbOз : В (1,24 мол. % В2О3 в шихте). Индикатриса спекл-структуры ФИРС для кристалла LiNbO3 : В (1,24 мол. % В2О3 в шихте), в отличие от индикатрисы спекл-структур остальных кристаллов LiNbO3 : В, не раскрывается даже при мощности возбуждающего лазерного излучения в 160 мВт (рис. 3). Коноскопический анализ исследованных кристаллов при использовании лазерного излучения как небольшой (~ 1 мВт), так и повышенной мощности (до ~ 90 мВт) позволяет сделать вывод, что оптическая однородность кристаллов LiNbO3 : В сравнима с таковой для кристалла LiNbO3к0нГ и значительно выше оптической однородности кристалла LiNbO3стех (рис. 3). При этом для кристалла LiNbO3стех характерно значительное ФИРС (56 °) — рис. 3.
6 5 4 3 2 1
Рис. 3. Спекл-структура индикатрисы ФИРС (Р = 160 мВт) и коноскопические картины (Р = 1 и 90 мВт) кристаллов LiNbOзстех (1), LiNbOзконг (2), LiNbOз : B (0,55 (3), 0,69 (4), 0,83 (5), 1,24 (6) мол. % В2О3 в шихте).
Время полного раскрытия спекл-структуры индикатрисы ФИРС для перечисленных кристаллов 60 с
Концентрация неметаллического элемента бора в кристалле LiNbO3 : В находится на уровне следовых количеств. По этой причине бор, находящийся в кристалле в столь малых количествах, не может заметно влиять на тонкие особенности структуры, состояние дефектности кристаллической решетки и физические характеристики кристалла. Следовательно, столь большие различия в структуре и свойствах LiNbO3 : В обусловлены, главным образом, влиянием примеси бора на структуру расплава. Ниобат лития характеризуется высокой температурой плавления, что является причиной крайне малого числа работ, посвященных изучению строения расплавов. В последнее время значительное внимание привлек вопрос о влиянии строения расплава на процесс его кристаллизации. При этом в качестве основной концепции рассматривалось существование в расплаве прочно связанных группировок из атомов или ионов с определенным строением. Авторы работы [4] применили высокотемпературную спектроскопию КРС для исследования процесса кристаллизации, обнаружив несоответствие строения анионных мотивов в кристалле и расплаве ниобата лития.
Кристаллическая структура ниобата лития представляет из себя каркас из кислородных октаэдров О6, сочлененных вершинами и гранями. Связь в октаэдрах, занятых ниобием, преимущественно ковалентная, в отличие от ионной связи в октаэдрах, занятых литием. Из-за преобладания вклада ковалентного типа связи катион ниобия имеет склонность к образованию в расплаве анионных мотивов, состоящих из ^МЮ4-тетраэдров. То есть при плавлении ниобата лития происходит полная перестройка его анионной структуры, в результате которой координация атомов ниобия изменяется с октаэдрической на тетраэдрическую [4]. Возможность октаэдрической координации иона № по кислороду в расплаве (КЧ = 6) маловероятна, по-видимому, из-за большого отрицательного заряда, который должны нести [NbO6]-группировки. В результате этого такие комплексы оказываются неустойчивыми при высоких температурах [4].
Сильная ковалентная связь подразумевает возможность сохранения структуры оксианионов в расплавленном состоянии, что доказано экспериментально [5]. Таким образом, в расплаве могут присутствовать не только изолированные тетраэдрические группировки, но и комплексы с устойчивой структурой. При исследовании спектров КРС расплавов системы Li2O-Nb2O5 были обнаружены линии, соответствующие симметричным валентным колебаниям мостиковых связей, расположенных в месте сочленения
тетраэдров, и колебаниям концевых NbO3- и серединных NbO2-групп [4, 5].
В работе [5] при исследовании расплавов метабората лития по температурным спектрам КРС было показано присутствие в расплаве цепочечного бор-кислородного аниона. Авторы работы [6] рассмотрели тройную систему Li2O-B2O3-Nb2O5, исследовав более 30 различных мольных соотношений компонентов. Авторами подчёркнуто образование шести различных боратов лития (LiBзO5, Li2B4O7, LiBO2, Li6B4O9, Li4B2O5, LiзBOз), одного бората ниобия (NbзBO9) и трёх различных ниобатов лития (LiNbзO8, LiNbOз, LiзNbO4) в данной системе. Согласно данной работе, бораты лития проявляют замечательную растворимость в ниобате лития при температуре ниже 1100 оС и, таким образом, подходят для выращивания кристаллов методом флюса.
Можно предположить, что борсодержащие полианионы, образуя устойчивые в расплаве ковалентные связи с ниобийсодержащими полианионами, связывая тем самым избыток ниобия, увеличивают соотношение Li/Nb в расплаве, в результате чего выращенный кристалл приближается к стехиометрическому кристаллу по степени упорядочения катионной подрешетки, так же как это происходит при использовании флюса К2О. Такой кристалл характеризуется уменьшением содержания антиструктурных дефектов и литиевых вакансий. Это предположение подтверждается увеличением температуры Кюри (ТК) кристалла LiNbO3 : В ([В] ~ 0,1 мас. % в расплаве) на ~ 47 К, по сравнению с конгруэнтным кристаллом LiNbO3. Для сравнимого по величине изменения
ТК кристалла LiNbO3, легированного металлическими примесями (Mg, Zn и т. п.), требуются большие концентрации примеси (~ 2-3 мас. %).
Кроме того, необходимо отметить, что расплавы неорганических полимеров, образующие цепочечные и кольцевые структуры с включением ионов растворяемого вещества (B2O3, Na2B4O7, Li6B4O9, и др.) и склонные образовывать стёкла, проявляют себя в качестве хороших растворителей. Например, в работе [7] сообщается об образовании высокотемпературного малорастворимого бората AI5BO9, т. е. из расплава удаляется изрядное количество Al2O3. Можно предположить, что катионы металлов, присутствующие в расплаве и переходящие в структуру выращенного кристалла в виде неконтролируемых примесей, также будут удаляться из расплава, в результате чего выращенный кристалл ниобата лития будет более совершенным.
Заключение
Легирующая добавка бора входит в структуру кристалла LiNbO3 на уровне следовых количеств. Отсутствие бора в структуре кристаллов можно объяснить малым размером радиуса В3+ ~ 0,2 А (ионные радиусы Li+ и Nb5+ = 0,68 А), невозможностью октаэдрической координации иона В3+ по кислороду в структуре кристалла ниобата лития (как у иона Nb5+), а также невозможностью образовать ионное взаимодействие с кислородом (как ион Li+ или ионы легирующих металлов Zn2+, Mg2+ и т. д.). Однако при изменении состава шихты для выращивания монокристаллов LiNbO3 : В (0,55^1,24 мол. % В2О3 в шихте) наблюдаются изменения во всем спектре КРС, что свидетельствует об увеличении упорядочения основных, легирующих катионов и вакансий вдоль полярной оси кристалла. По степени упорядочения катионов и вакансий в структуре кристаллы LiNbO3 : В приближаются к LiNbO^^. Однако при этом происходит «возмущение» кислородных октаэдров структуры. Таким образом, оксидные соединения бора как сильные комплексообразователи и растворители оказывают заметное влияние на структуру и физические характеристики расплава, а следовательно — на структуру выращенного кристалла. Для кристалла LiNbO3 : В наблюдается увеличение температуры плавления (1264 °С) по сравнению с номинально чистым кристаллом ниобата лития конгруэнтного состава (1257 °С). Определенным образом структурируя расплав, примесь бора уменьшает количество дефектов NbLi и, вероятно, снижает содержание неконтролируемых примесей, тем самым понижает эффект фоторефракции в монокристалле, повышает его структурную однородность. Дальнейшие исследования в этом направлении с целью выяснения механизма этого интересного и практически значимого факта представляют несомненный интерес.
Литература
1. Ниобат лития: дефекты, фоторефракция, колебательный спектр, поляритоны / Н. В. Сидоров и др. М.: Наука, 2003. 255 с.
2. Комплексные исследования структурной и оптической однородностей кристаллов ниобата лития с низким эффектом фоторефракции методами коноскопии, фотоиндуцированного светорассеяния и комбинационного рассеяния / Н. В. Сидоров и др. // Оптика и Спектроскопия. 2015. Т. 118. С. 273-282.
3. The search of homogeneity of LiNbO3 crystals grown of charge with different genesis / M. N. Palatnikov et al. // Journal of Crystal Growth. 2014. Vol. 386. P. 113-118.
4. Спектроскопия оксидных кристаллов для квантовой электроники / Ю. К. Воронько и др. М.: Наука, 1991, 142 с.
5. Соболь А. А. Высокотемпературная спектроскопия комбинационного рассеяния света в твёрдых и расплавленных диэлектриках: автореф. дис. ... д-ра ф.-м. н. М., 2012. 41 с.
6. Can H., Shichao W., Ning Y. Subsolidus phase relations and the crystallization region of LiNbO3 in the system Li2O-B2O3-Nb2O5 // Journal of Alloys and Compounds. 2010. Vol. 502. P. 211-214.
7. Леонюк Н. И. Выращивание новых оптических кристаллов из боросодержащих растворов-расплавов // Кристаллография. 2008. Т. 53. С. 546.
Сведения об авторах
Титов Роман Алексеевич
аспирант, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН,
г. Апатиты, Россия
romantitrov@mail.ru
Сидоров Николай Васильевич
доктор физико-математических наук, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия sidorov@chemy.kolasc.net.ru Теплякова Наталья Александровна
кандидат физико-математических наук, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия tepl_na@chemy.kolasc.net.ru Яничев Александр Александрович
кандидат физико-математических наук, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья
им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия
Yanichev@chemy.kolasc.net.ru
Палатников Михаил Николаевич
доктор технических наук, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева
ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия
palat_mn@chemy.kolasc.net.ru
Titov Roman Alekseevich
Postgraduate, I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia romantitrov@mail.ru romantitrov@mail.ru Sidorov Nikolai Vasilyevich
Dr. Sc. (Physics & Mathematics), I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia sidorov@chemy.kolasc.net.ru
Teplyakova Natalya Alexandrovna
PhD (Physics & Mathematics), I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia tepl_na@chemy.kolasc.net.ru
Yanichev Alexander Alexandrovich
PhD (Physics & Mathematics), I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia Yanichev@chemy.kolasc.net.ru
Palatnikov Mikhail Nikolayevich
Dr. Sc. (Engineering), I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia palat_mn@chemy.kolasc.net.ru
DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.758-764 УДК 537.226.4
РАЗНОМАСШТАБНЫЕ СТРУКТУРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ В КЕРАМИКАХ ФЕРРИТА ВИСМУТА ПРИ ИХ МОДИФИЦИРОВАНИИ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ
С. В. Титов, Л. А. Шилкина, И. А. Вербенко, В. А. Алёшин, С. И. Шевцова, С. В. Хасбулатов, Л. А. Резниченко
Научно-исследовательский институт физики Южного федерального университета, г. Ростов-на-Дону, Россия
Аннотация
Высокоплотные керамики номинальных составов Bi1-xAxFeO3, где A = La, Nd, Pr, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu с 0,00 < x < 0,50, получены твердофазным синтезом. Определен минимальный эффективный ионный радиус редкоземельного элемента, начиная с которого допирование приводит к изменениям кристаллической структуры BFO. Обсуждаются выявленные закономерности и особенности изменений в масштабах кристаллической ячейки, мезоструктурных элементов, зеренного строения керамик. Ключевые слова
феррит висмута, редкоземельные элементы, керамика, модифицирование, мультифрактал.
CHANGES IN DIFFERENT SCALES IN THE STRUCTURE OF CERAMICS OF BISMUTH FERRITE DURING THEIR MODIFICATION BY RARE-EARTH ELEMENTS
S. V. Titov, L. A. Shilkina, I. A. Verbenko, V. A. Aleshin, S. I. Shevtsova, S. V. Khasbulatov, L. A. Reznichenko
Research Institute of Physics, Southern Federal University, Rostov-on-Don, Russia Abstract
High-density ceramics of nominal compositions Bi1-xAxFeO3, where A = La, Nd, Pr, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu for 0,00 < x < 0,20 have been obtained by solid-phase synthesis. The minimum effective ionic radius of a rare-earth element has been determined, starting from which, doping leads to changes in the crystal structure of the BFO. The revealed regularities and features of changes in the scale of the crystal cell, mesostructural elements, and the grain structure of ceramics are discussed. Keywords:
bismuth ferrite, rare earth elements, ceramics, modification, multifractal.
