CC BY
62
Сведения об авторах Малышкина Ольга Витальевна,
д.ф.-м.н., Тверской государственный университет, г.Тверь, Россия, [email protected] Барабанова Екатерина Владимировна,
к.ф.-м.н., Тверской государственный университет, г.Тверь, Россия, [email protected] Иванова Александра Ивановна,
Тверской государственный университет, г.Тверь, Россия. [email protected] Карпенков Алексей Юрьевич,
к.ф.-м.н., Тверской государственный университет, г.Тверь, Россия. [email protected] Г оловнин Владимир Алексеевич,
к.ф.-м.н., Тверской государственный университет, г.Тверь, Россия; [email protected] Дайнеко Андрей Владимирович,
к.ф.-м.н., ОАО «Научно-исследовательский институт «ЭЛПА», г.Зеленоград, Россия, [email protected] Шахворостов Александр Юрьевич,
ОАО «Научно-исследовательский институт «ЭЛПА», г.Зеленоград, Россия Malyshkina Olga Vitalievna,
Dr.Sc. (Physics and Mathematics), Tver State University, Tver, Russia, [email protected] Barabanova Ekaterina Vladimirovna,
PhD (Physics and Mathematics), Tver State University, Tver, Russia, [email protected] Ivanova Alexandra Ivanovna,
Tver State University, Tver, Russia, [email protected] Karpenkov Alexey Yurievich,
PhD (Physics and Mathematics), Tver State University, Tver, Russia, [email protected] Golovnin Vladimir Alekseevich,
PhD (Physics and Mathematics), Tver State University, Tver, Russia, [email protected] Daineko Andrey Vladimirovich,
PhD (Physics and Mathematics), JSC Research Institute "ELPA", Zelenograd, Russia, [email protected] Shahvorostov Alexandr Yurievich,
JSC Research Institute "ELPA", Zelenograd, Russia
УДК 548.4, 546.06, 544.032.65
ПОСЛОЙНЫЙ ФРАКТАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ КАРТИН ФОТОРЕФРАКТИВНОГО РАССЕЯНИЯ СВЕТА МОНОКРИСТАЛЛОВ НИОБАТА ЛИТИЯ РАЗЛИЧНЫХ СОСТАВОВ
Д.В. Мануковская, Н.В. Сидоров, М.Н. Палатников
Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра РАН, Апатиты, Россия
Аннотация
Представлены результаты анализа динамики фрактальной размерности слоев картин фотоиндуцированного рассеяния света для монокристаллов ниобата лития. Изучались номинально чистые кристаллы стехиометрического состава, выращенные по различным технологиям, и конгруэнтного состава, легированные цинком в концентрациях
0.018-0.88 вес. %. Для стехиометрических кристаллов, выращенных по различным технологиям, была обнаружена разница в механизмах проводимости. Среди кристаллов LiNbO3:Zn была выявлена концентрация цинка, при которой структура оказалась наиболее близкой к структуре стехиометрического кристалла.
Ключевые слова:
ниобат лития, фотоиндуцированное рассеяние света, фрактальный анализ.
LAYER-BY-LAYER FRACTAL ANALYSIS OF PHOTOINDUCED LIGHT SCATTERING PATTERNS IN LITHIUM NIOBATE OF DIFFERENT COMPOUNDS
D.V. Manukovskaya, N.V. Sidorov, M.N. Palatnikov
I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Kola Science Centre of the RAS, Apatity, Russia
407
Abstract
The authors present results of analysis of fractal dimension of dynamics for layers of photoinduced light scattering patterns in lithium niobate single crystals. Nominally pure stoichiometric crystals grown by different methods and congruous crystals doped by zinc in concentrations 0.018-0.88 wt. % were searched. Difference in conductivity mechanisms was revealed for stoichiometric crystals grown by different methods. Among LiNbO3:Zn was found one with the structure very similar to the structure of stoichiometric crystal.
Keywords:
lithium niobate, photoindiced light scattering, fractal analysis.
В сегнетоэлектрическом монокристалле ниобата лития (LiNb03) под действием лазерного излучения видимой длины волны мощностью от 35 мВт в освещенной области возникают микроструктурные дефекты с измененным показателем преломления [1]. Возникающие дефекты или статические, и тогда показатель преломления в них изменен все время облучения, или флуктуирующие, «мерцающие». На этих дефектах происходит фотоиндуцированное рассеяние света (ФИРС). Картина ФИРС в кристалле ниобата лития является многослойной (выделяют три основных слоя в зависимости от расстояния до лазерного луча и, соответственно, яркости) [2], а ее вид носит явно выраженный фрактальный характер [3]. Каждый слой картины ФИРС в кристалле LiNb03 имеет свою структуру, которая несет в себе информацию как об оптических процессах, происходящих в кристаллах под действием лазерного излучения, так и о формировании и распределении лазерно-индуцированных дефектов и о перераспределении энергии между слоями ФИРС. Полученные при изучении отдельных слоев ФИРС данные помогут выявить структурные особенности кристаллов LiNbO3, которые определяют фоторефрактивные свойства. Так как ФИРС является мешающим фактором для большинства потенциальных применений материалов на основе ниобата лития, то в конечном итоге такое исследование приведет к получению оптического материала с заданными фоторефрактивными свойствами.
Для исследования были выбраны стехиометрические и легированные цинком монокристаллы ниобата лития. Монокристаллы LiNbO3:Zn отличаются низким эффектом фоторефракции и перспективны как оптические материалы для преобразования когерентного и широкополосного излучений. Легирование именно в этом диапазоне концентраций цинка (0.018, 0.03, 0.52, 0.68, 0.88 вес. %) объясняется тем фактом, что в более ранних работах методом КРС было обнаружено упорядочение катионной подрешетки. Однако анализ картин ФИРС был выполнен только по углу раскрытия индикатрисы ФИРС, что является линейным методом и не регистрирует всех особенностей слоев ФИРС [4].
Стехиометрические кристаллы ниобата лития отличаются низким уровнем коэрцитивного поля и перспективны как материалы для нелинейных лазерных сред с периодически поляризованными доменными структурами и для голографической записи информации [1]. В данной работе фрактальный анализ применен для сравнительного исследования картин ФИРС в монокристаллах LiNbO3 стехиометрического состава (Li/Nb=1), выращенных двумя способами: из расплава, содержащего 58.6% Li2O (^№03стех) и из конгруэнтного расплава с добавлением щелочного флюса К2О (LiNbO3стех К2О). Вторая методика позволяет выращивать стехиометрические кристаллы большего диаметра и намного быстрее, чем по обычной методике. Однако уровень дефектности такого кристалла может быть выше, что, возможно, отразится на его оптических характеристиках. Поэтому проведение сравнительных исследований стехиометрических кристаллов, выращенных по разным технологиям, представляет большой интерес.
В данной работе для кристаллов LiNbO3:Zn, легированных указанными концентрациями цинка и для стехиометрических кристаллов, выращенных по различным методикам, был выполнен фрактальный анализ картин ФИРС послойно.
Данные фрактального анализа стехиометрических кристаллов были сравнены с анализом картин ФИРС по углу раскрытия индикатрисы спекл-структуры. Исследование картин ФИРС с помощью анализа динамики фрактальной размерности слоев позволяет с большей чувствительностью определять особенности изменения концентрации лазерно-индуцированных дефектов и перераспределения лазерно-индуцированных дефектов, а также более подробно изучить происходящие в объеме кристалла, затронутом ФИРС. Показано, что перенос энергии из лазерного луча в слои спекл-структуры ФИРС, проявляющийся в изменении фрактальной размерности, а следовательно, и концентрации лазерно-индуцированных дефектов, различается для кристаллов стехиометрического состава, выращенных по разным методикам. Различия проявляются в форме графиков зависимостей при возбуждении лазерным излучением одинаковой мощности и в разных реакциях на увеличение мощности накачки. Это, возможно, объясняется разными механизмами проводимости, связанными напрямую с упорядоченностью катионной подрешетки, которая весьма чувствительна к любым изменениям технологии выращивания. Для кристалла, выращенного по обычной технологии, характерна поляронная проводимость, а для кристалла, выращенного из конгруэнтного расплава с щелочным флюсом, - прыжковая.
Для кристаллов ниобата лития, легированных цинком, был выявлен состав, имеющий наиболее упорядоченную катионную подрешетку. Максимум, проявляющийся в зависимости фрактальной размерности от времени первого слоя ФИРС, раскрывается быстрее всего в кристалле LiNb03:Zn (0.52 вес. %).
Работа выполнена при частичной финансовой поддержке гранта «Ведущие научные школы» № НШ-487.2014.3.
408
Литература
1. Ниобат лития: дефекты, фоторефракция, колебательный спектр, поляритоны. / Н.В. Сидоров, Т.Р. Волк, Б.Н. Маврин, В.Т. Калинников. М.: Наука, 2003. 256 с.
2. Трехслойная спекл-структура ФРРС в фоторефрактивном монокристалле ниобата лития / Н.В. Сидоров, А.В. Сюй, М.Н. Палатников, В.Т. Калинников. // ДАН. 2011. Т. 437, № 3. С. 352-335.
3. Фрактальный анализ картин фотоиндуцированного рассеяния света в стехиометрических кристаллах LiNbO3 / Н.В. Сидоров, Д.В. Мануковская, М.Н. Палатников // Оптика и спектроскопия. 2015. T. 118, № 6. C. 987-996. DOI: 10.7868/S0030403415060197.
4. Эффекты упорядочения структурных единиц катионной подрешетки кристаллов LiNbO3:Zn и их проявление в спектре комбинационного рассеяния света / Н.В. Сидоров, А.А. Яничев, М.Н. Палатников, А.А. Габаин // Оптика и спектроскопия. 2014. Т. 116, № 1. C. 99-108.
Сведения об авторах
Мануковская Диана Владимировна,
Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева КНЦ РАН,
г. Апатиты, Россия, [email protected] Сидоров Николай Васильевич,
д. ф.-м.н., Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева КНЦ РАН,
г. Апатиты, Россия, [email protected] Палатников Михаил Николаевич,
д. т.н., Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева КНЦ РАН, г.Апатиты, Россия, [email protected]
Manukovskaya Diana Vladimirovna,
I.V.Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the KSC of the RAS, Apatity, Russia, [email protected] Sidorov Nikolay Vasilievich,
Dr.Sc. (Physics and Mathematics), I.V.Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the KSC of the RAS, Apatity, Russia, [email protected] Palatnikov Mikhail Nikolaevich,
Dr.Sc. (Engineering), I.V.Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the KSC of the RAS, Apatity, Russia, [email protected]
УДК 54.056; 54.053; 616.71
ПОЛУЧЕНИЕ БИОАКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕДИЦИНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ
М.А. Медков, Д.Н. Грищенко
Институт химии Дальневосточного отделения РАН, Владивосток, Россия Аннотация
Разработаны методы получения и исследованы характеристики биосовместимых материалов для костного эндопротезирования. Среди них: нанодисперсные порошки гидроксиапатита и других фосфатов кальция, а также биоактивные стеклокерамические покрытия, полученные пиролизом органических растворов; композиционный двухфазный кальций-фосфатный цемент, состоящий из гидроксиапатита и брушита; керамика на основе оксида циркония, поры которой выстилают фосфаты кальция. Разработанные методы не требуют использования сложного дорогостоящего оборудования.
Ключевые слова:
остеопластические материалы, биоактивная керамика, импланты, фосфаты кальция.
OBTAINING BIOACTIVE MATERIALS FOR MEDICAL PURPOSES
M.A. Medkov, D.N. Grishchenko
Institute of Chemistry of the Far Eastern Branch of the RAS, Vladivostok, Russia Abstract
The methods of obtaining biocompatible materials for bone endoprosthesis have been worked out and their properties have been investigated. These materials include nano-sized powders of hydroxyapatite and other calcium phosphates as well as bioactive glass-ceramic coatings prepared by pyrolysis of organic solutions; two-phase composition calcium-phosphate
409
