CC BY
11
Литература
1. Наноструктурирование поверхности металлов и сплавов. Ч. 2. Наноструктурированные анодно-оксидные пленки на Ti и его сплавах / Н. М. Яковлева и др. // Конденсированные среды и межфазные границы. 2016. Т. 18, № 1. C. 6-27.
2. Park J., Choi J. Formation of well dispersed TiO2 microcones; the 20 % surface occupation // Applied Surface Science. 2018. Vol. 448. P. 212-218.
3. Rhee O., Lee G., Choi J. Highly Ordered TiO2 Microcones with High Rate Performance for Enhanced Lithium-Ion Storage // ACS Applied Materials & Interfaces. 2016. Vol. 8 (23). P. 14558-14563.
4. Самоорганизация биоактивного наноструктурированного оксидного слоя на поверхности спеченного порошка губчатого титана при электрохимическом анодировании / А. Н. Кокатев и др. // Журнал технической физики. 2018. Т. 88, вып. 9. С. 1377-1383.
5. Микро- и наноструктура поверхности губчатых частиц порошка титана и ее влияние на свойства пористых материалов из них / В. В. Савич и др. // Нанотехнологии функциональных материалов (НФМ'12): тр. междунар. науч.-технич. конф. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2012. С. 523-529.
Сведения об авторах Степанова Кристина Вячеславовна
кандидат технических наук, Петрозаводский государственный университет, г. Петрозаводск, Россия,
Шульга Алиса Михайловна
инженер, Петрозаводский государственный университет, г. Петрозаводск, Россия, [email protected] Яковлева Наталья Михайловна
доктор физико-математических наук, Петрозаводский государственный университет, г. Петрозаводск, Россия,
Кокатев Александр Николаевич
кандидат технических наук, Петрозаводский государственный университет, г. Петрозаводск, Россия, [email protected]
Stepanova Kristina Vyacheslavovna
PhD (Engineering), Petrozavodsk State University, Petrozavodsk, Russia, [email protected] Shulga Alisa Mikhailovna
Engineer, Petrozavodsk State University, Petrozavodsk, Russia, [email protected] Yakovleva Natalia Mikhailovna
Dr. Sc. (Physics & Mathematics), Petrozavodsk State University, Petrozavodsk, Russia, [email protected]. Kokatev Aleksandr Nikolaevich
PhD (Engineering), Petrozavodsk State University, Petrozavodsk, Russia, [email protected]
РСН: 10.37614/2307-5252.2020.3.4.041 УДК 535:361:456.34:882
СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ И ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НОМИНАЛЬНО ЧИСТЫХ КРИСТАЛЛОВ НИОБАТА ЛИТИЯ, ВЫРАЩЕННЫХ ИЗ ШИХТЫ, ЛЕГИРОВАННОЙ БОРОМ
Р. А. Титов, Н. В. Сидоров, Н. А. Теплякова, М. Н. Палатников, И. В Бирюкова
Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ «Кольский научный центр РАН», Апатиты, Россия
Аннотация
Методами спектроскопии КРС, ИК-спектроскопии поглощения, фотоиндуцированного рассеяния света и лазерной коноскопии исследованы особенности структуры и оптические свойства номинально чистых монокристаллов ШЬСз : В (0,55, 0,69 и 0,83 мол. % В2О3), выращенных из шихты, легированной бором. Установлено, что примесь бора приближает к единице коэффициент распределения лития и ниобия в процессе роста, уменьшая количество дефектов ЫЬи. Кристаллы ЫЫЬСз: В, выращенные из расплава конгруэнтного состава с добавкой В2О3, по отношению и / ЫЬ и упорядочению структурных единиц катионной подрешётки приближаются к кристаллам стехиометрического состава. Ключевые слова:
монокристалл, ниобат лития, легирование, комбинационное и фотоиндуцированное рассеяние света, инфракрасное поглощение.
STRUCTURAL PARTICULARITIES AND OPTICAL PROPERTIES
OF LITHIUM NIOBATE SINGLE CRYSTALS GROWN FROM THE CHARGE DOPED BY BORON
R. A. Titov, N. V. Sidorov, N. A. Teplyakova, M. N. Palatnikov, I. V. Biryukova
Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of FRC "Kola Science Centre RAS", Apatity, Russia
Abstract
The analysis of structural particularities and optical properties of LiNbO3 : B (0,55, 0,69 and 0,83 mol. % B2O3) was performed by methods of Raman and photoinduced light scattering, infrared absorption and laser conoscopy. It has been established that the boron impurity brings to 1 the distribution coefficient of lithium and niobium in the growing process. Thus, LiNbO3 : B crystals grown from a congruent melt approach the stoichiometric crystals in ordering the structural units of the cation sublattice and the Li / Nb ratio. Keywords:
single crystal, lithium niobate, doping, Raman and photoinduced light scattering, infrared absorption. Введение
На сегодняшний день в промышленности используются, главным образом, кристаллы ниобата лития конгруэнтного состава (LiNbO3KQHi\, R = Li / Nb = 0,946) как наиболее композиционно однородные по составу вдоль оси роста. Однако для создания оптических материалов для преобразования излучения с субмикронными периодически поляризованными доменными структурами стехиометрические кристаллы ^№Озстех.) имеют значительные преимущества по сравнению с конгруэнтными кристаллами ввиду наличия у них значительно более низкого коэрцитивного поля [1]. В настоящее время кристаллы LiNbO3, близкие к стехиометрическому составу, выращивают в воздушной атмосфере двумя способами: из расплава Li2O — N2O5 с 58,60 мол. % Li2O [2] и из конгруэнтного расплава с добавлением ~ 6 мас. % щелочного растворителя (флюса) К2О методом HTTSSG (high temperature top speed solution growth [3]). На сегодняшний день метод выращивания кристаллов стехиометрического состава по первой методике в промышленности практически не применяется из-за высокой неоднородности состава и показателя преломления выращенного кристалла вдоль оси роста. В свою очередь, несмотря на высокую сложность получения монокристаллов стехиометрического состава по второй методике (методом HTTSSG), из расплава конгруэнтного состава можно получить монокристаллы высокой степени композиционной однородности.
В настоящее время актуальны разработки нового подхода, заключающегося в выращивании монокристаллов LiNbO3 с применением флюса B2O3. Этот подход позволяет выращивать кристаллы, приближающиеся по упорядочению структурных единиц катионной подрешетки к кристаллу LiNbO3 стехиометрического состава, но обладающие значительно меньшим эффектом фоторефракции и высокой композиционной однородностью. При этом, если основное влияние металлических примесей на свойства кристаллов заключается в регулировании концентрации Nbu [4], то В2О3 демонстрирует более широкий спектр возможностей, оказывая влияние на состав и физико-химические особенности расплава и, как следствие, на структурные и оптические свойства выращенных монокристаллов. Обладая малым радиусом и положительным зарядом, ион В3+ проявляет свойства сильного комплексообразующего агента. Структурируя расплав и связывая избыточный в расплаве конгруэнтного состава ниобий (т. е. снижая концентрацию дефектов NbLi в выращенном кристалле), бор выравнивает ko (коэффициент распределения) лития и ниобия. Это влияет на упорядочение структурных единиц катионной подрешетки кристалла LiNbO3 : B, что приближает его к кристаллу стехиометрического состава. Будучи химически активной комплексообразующей добавкой, бор снижает содержание в расплаве неконтролируемых многозарядных металлических примесей [5], тем самым дополнительно понижая эффект фоторефракции в LiNbO3 : B. При этом бор входит в структуру кристалла на уровне концентрации посторонних следовых примесей — 4 • 10-4 мол. % В2О3 [6].
В данной работе методами спектроскопии КРС, ИК-спектроскопии поглощения, лазерной коноскопии и фотоиндуцированного рассеяния света исследованы номинально чистые монокристаллы LiNbO3 : B с различным R = Li / Nb (0,946 < R < 1), выращенные из расплава конгруэнтного состава с применением флюса В2О3 (0,55, 0,69 и 0,83 мол. % В2О3 в шихте). Результаты исследований сравнивались с результатами, полученными для номинально чистых кристаллов LiNbOзстех. (58,6 мол. % Li2O) и LiNbOзконг..
Эксперимент
Кристаллы выращивались в воздушной атмосфере методом Чохральского на установке «Кристалл-2», снабженной системой автоматического весового контроля, позволяющей выращивать кристаллы с достаточно воспроизводимыми характеристиками. Номинально чистый кристалл конгруэнтного состава (LiNbOзконг.) был выращен из шихты конгруэнтного состава. Кристаллы LiNbO3 : B (0,55, 0,69 и 0,83 мол. % В2О3) были получены методом прямого твёрдофазного легирования из расплава конгруэнтного состава [7]. Данный метод заключается в твердофазном взаимодействии прекурсоров Nb2O5, Li2CO3 и H3BO3 с последующим получением гранулированной шихты в процессе прокаливания смеси в температурной области предплавления (1240-1250 °С). Содержание бора в выращенных кристаллах находилось на уровне следовых количеств « 10-4 мас. %.
Регистрация ИК-спектров производилась с помощью спектрометра IFS 66 v/s фирмы Bruker. Спектры КРС возбуждались линией 514,5 нм аргонового лазера Spectra Physics (модель 2018-RM) и регистрировались спектрографом T64000 производства фирмы Horiba Jobin Yvon с использованием конфокального микроскопа. Спектры регистрировались с разрешением 1,0 см-1. Обработка спектров производилась с использованием пакета программ Horiba LabSpec 5.0 и Origin 8.1. Точность определения частот, ширин и интенсивностей линий ±1,0, ±3,0 см-1 и 5 % соответственно. Методика исследований ФИРС и лазерной коноскопии подробно описана в [8]. В экспериментах по ФИРС и лазерной коноскопии применялся лазер Nd:YAG (MLL-100) с длиной волны 532 нм и мощностью от 1 до 160 мВт.
Результаты и их обсуждения
Возможные химические взаимодействия в процессе роста кристалла LiNbO3 должны быть обязательно учтены, поскольку, зависящие от их образования различного рода комплексы в расплаве влияют на структурные характеристики выращенных кристаллов LiNbO3. Согласно данным работы [9], расплав ниобата лития состоит из достаточно устойчивых кластеров и кристаллизация происходит в процессе их присоединения к поверхности растущего кристалла. Поэтому, в первую очередь, структура выращенного кристалла LiNbO3 будет определяться структурой, размером и разновидностью кластеров в расплаве. Неметаллические примеси, в том числе и примесь бора, обладают иным строением внешней электронной оболочки и иными механизмами химической связи по сравнению с металлическими катионными примесями [6, 10]. Следовательно, они совершено иначе будут воздействовать на структуру и размер кластеров в расплаве и, как следствие, на структуру и свойства кристаллов LiNbO3 [6, 10].
Неметаллический элемент бор не входит в кислородно-октаэдрическую структуру кристалла ниобата лития [6], поскольку фаза LiNbO3 не имеет области растворимости бора в твёрдом состоянии. Таким образом, единственной кристаллизующейся фазой является LiNbO3. При этом соединения бора могут быть использованы в качестве флюса и определенным образом структурировать расплав, изменяя его физико-химические характеристики. При кристаллизации ниобата лития из расплава, содержащего бор, будет происходить рост концентрации бора в расплаве, приводящий к увеличению вязкости расплава и снижению температуры кристаллизации. При этом выращенный из такого структурированного расплава, практически не содержащий бора кристалл LiNbO3 обладает более высокой структурной однородностью по сравнению с номинально чистым кристаллом LiNbO3 конгруэнтного состава, по оптической однородности приближается к нему, а по виду спектров пропускания к «послепороговым» кристаллам LiNbO3:Zn, отличающимся высокой оптической стойкостью к повреждению лазерным излучением [11].
Расчет концентрации Li2O и структурных дефектов Nbu в кристалле LiNbO3 : B (0,83 мол. % В2О3) по значению температуры Кюри показывает, что с появлением бора в шихте наблюдается увеличение содержание лития в выращенных кристаллах с одновременным снижением концентрации дефектов NbLi (табл. 1 ). Можно предположить, что борсодержащие полианионы связывают избыток ниобия в расплаве, образуя при этом устойчивые ковалентные связи с ниобийсодержащими полианионами. Это приводит к увеличению соотношения Li / Nb в LiNbO3 : B, в результате чего выращенный кристалл приближается к стехиометрическому по степени упорядочения катионной подрешетки так же, как это происходит при использовании флюса K2O [12].
Таблица 1
Расчёт концентрации ЬЬО ([ЬЬО], мол. %) и дефектов ([№ы], мол. %) в кристаллах ЫКЬОзконг. и ЬШЬОз : В (0,83 мол. % В2О3 в шихте) на основе Тс
Формулы для расчёта концентрации ЬЬО и дефектов Тс, оС Ь1КЬО3конг. ЬИЧЬОз : В (0,8з мол. % В2Оз)
1145 1189
Г.- =-:!■" - С [1з] [Ь12О] 48,56 49,76
Г- = -11 :■!■!; - - " " 11:;0 — ЕЕ-1 1^0 [14] [Ь12О] 48,68 50,28
Г- = !■:■ С 1:^0 [15] [Ь12О] 48,54 49,66
Г- = !.-:■ С 1:^0 [16] [Ь12О] 48,4з 49,56
№1] 0,9 0
Приближение структуры кристалла ЬШЬОз : В к стехиометрической подтверждают данные КРС, свидетельствующие об увеличении порядка чередования основных, легирующих катионов и вакансий вдоль полярной оси, а также данные ИК-спектров поглощения в области валентных колебаний ОН-групп (табл. 2). Влияние В3+ на катионную подрешётку ЬШЬОз проявляется в общем сужении спектральных линий, соответствующих колебаниям катионов металлов в кислородных октаэдрах структуры кристалла (200-300 см-1) (табл. 2). Для кристаллов Ь1№Оз : В линии с частотами 254 и 274 см-1, отвечающие фундаментальным колебаниям катионов №5+ и Ь1+ А1(ТО) типа симметрии соответственно, демонстрируют общую тенденцию к сужению по сравнению со значением ширин соответствующих спектральных линий кристалла ЫКЬОзконг. (табл. 2).
Таблица 2
Значения параметров полос в ИК-спектре поглощения (V, 5", см-1, I, отн. ед.) некоторых линий в спектре КРС (V, 5 — см-1) и значение стехиометрии (Я = [Ь1] / [№]) кристаллов LiNbOзстех., ОМЮзконг., ЬИЧЬОз : В (0,55, 0,69 и 0,83 мол. % В2О3 в шихте)
Кристалл Параметры линий Я = [Ь1] / [Щ
ИК-спектры поглощения спектры КРС
V I 5 V 5
Ь1КЬО3стех. з465 0,14 4,28 240 9 1
з480 0,11 5,з7 268 10
з488 0,07 8,18 4з4 10
Ь1КЬО3конг. з470 0,12 16,4 240 11 0,942
з48з 0,49 24,8 268 14
з486 0,зз 27,1 4з4 14
ЬИЧЬОз : В (0,55 мол. % В2Оз в шихте) з466 0,144 12,5 241 9 0,967
з480 0,077 17,7 270 1з
з485 0,ззз 27,7 4з2 9
ЬИЧЬОз : В (0,69 мол. % В2Оз в шихте) з466 0,100 16,2 241 11 0,977
з481 0,1з0 20,1 271 12
з485 0,104 22,6 4з2 10
ЬИЧЬОз : В (0,8з мол. % В2Оз в шихте) з467 0,142 12,5 240 10 0,970
з480 0,119 19,9 270 1з
з485 0,288 27,2 4з2 11
Присутствие ОН-групп в кристалле LiNbOз повышает проводимость, эффект фоторефракции и понижает величину коэрцитивного поля. В ИК-спектре поглощения кристаллов LiNbOз : В интенсивности и ширины полос, соответствующие валентным колебаниям ОН-групп, меньше, чем в спектре конгруэнтного кристалла (табл. 2). По сравнению с кристаллом конгруэнтного состава, полосы поглощения ИК-спектра кристаллов ЫКЬОзстех. и ЬШЬОз : В (0,55 и 0,83 мол. % В2Оз) более узкие, что указывает на большую упорядоченность подрешетки протонов в стехиометрическом
кристалле и кристаллах, выращенных из расплава, содержащего бор, по сравнению с конгруэнтным кристаллом (табл. 2).
Используя подход, предложенный в [18], мы рассчитали отношение Li / № в исследуемых кристаллах ЫКЬОэ по параметрам интегральной интенсивности пиков спектров ИК-поглощения, соответствующих валентным колебаниям ОН-групп (табл. 2). Согласно полученным данным, кристаллы LiNbOз : В приближаются по отношению Li / № к 1, что хорошо согласуется с результатами расчётов, приведёнными в табл. 1. Можно заключить, что, в случае приближения отношения Ы / № к 1, концентрация структурных дефектов (№и, УьО будет пропорционально снижаться. Эти данные хорошо согласуются с результатами ФИРС и лазерной коноскопии.
Высокую оптическую однородность исследованных в данной работе кристаллов подтверждают коноскопические картины (рис.). Для кристаллов LiNbOз : В (0,55-0,83 мол. % В2О3 в шихте) при мощности лазерного излучения 1 мВт на коноскопических картинах наблюдается близкий к идеальному «мальтийский крест», чего нельзя сказать о кристаллах LiNbOзконг. и LiNbOзстех.. Для кристалла LiNbOзстех. наблюдается значительное размытие коноскопических картин как при малой, так и при большой мощностях лазерного излучения, указывающее на значительную оптическую неоднородность вдоль оси роста (рис.).
Спекл-структура индикатрисы ФИРС (Р =160 мВт) и коноскопические картины (Р = 1 и 90 мВт) кристаллов П№Озстех. (1), Ы№Озконг. (2) и Ы№Оз : В — 0,55 (3), 0,69 (4) и 0,83 (5) мол. % В2О3 соответственно
При большей мощности лазерного излучения (90 мВт) на коноскопических картинах кристаллов ЬКЬОз : В (0,55-0,83 мол. % В2О3) наблюдаются незначительные признаки аномальной оптической двуосности, связанные, вероятно, с увеличением эффекта фоторефракции (незначительное вытягивание «мальтийского креста» в горизонтальном направлении, углы между его ветвями отличны от 90 °) (рис.). Стоит отметить, что эффект фоторефракции в LiNbOзстех. существенно больше, чем в LiNbOзконг. и в кристаллах LiNbOз : В (0,55-0,83 мол. % В2О3). Сравнительный коноскопический анализ исследованных кристаллов при использовании лазерного излучения мощностью 1 и 90 мВт, а также исследование ФИРС позволяют сделать вывод о том, что оптическая однородность кристалла ЫКЬОз : В сравнима с таковой для кристалла LiNbOзконг. и значительно выше оптической однородности кристалла LiNbOзстех. (рис.). Для кристалла LiNbOзстех. характерен более значительный угол 0 раскрытия спекл-структуры индикатрисы ФИРС (56 °) в отличие от кристаллов LiNbOз : В (0,55-0,83 мол. % В2Оз в шихте), для которых угол 0 не превышает 22 ° [6].
Заключение
Путём направленного структурирования расплава неметаллическим элементом бором можно эффективно регулировать композиционную однородность и особенности вторичной структуры кристалла LiNbOз. Структурируя расплав, примесь бора приближает к0 лития и ниобия к единице, тем
самым по упорядочению структурных единиц катионной подрешётки кристаллы LiNbO3 : В приближаются к кристаллу LiNbO3cxex.. Рост содержания лития в расплаве и, как следствие, в номинально чистом кристалле LiNbO3 : В приближает отношение Li / Nb к 1, при этом наблюдается снижение концентрации основных точечных дефектов NbLi, что объясняет высокую стойкость кристалла LiNbO3 : В к повреждению оптическим излучением. Таким образом, в работе показано, что можно эффективно регулировать композиционную однородность, особенности вторичной структуры, в том числе количество точечных дефектов катионной подрешетки в кристалле ниобата лития, путём структурирования расплава неметаллическим элементом бором.
Работа выполнена при частичной финансовой поддержке РФФИ (проект № 19-33-90025). Литературы
1. Shur V. Ya., Akhmatkhanov A. R., Baturin I. S. Micro- and nano-domain engineering in lithium niobate // Applied Physics Reviews. 2015. Vol. 2, No. 4. P. 040604(1-22).
2. Кузьминов Ю. С. Электрооптический и нелинейнооптический кристалл ниобата лития. М.: Наука, 1987. 264 с.
3. А. с. Способ выращивания кристаллов ниобата литии / Баласанян Р. Н., Вартанян Э. С., Габриелян В. Т., Казарян Л. М. № 845506; 06.03.81; приоритет от 233.03.79; открытая публикация формулы 27.02.2000.
4. Ниобат лития: дефекты, фоторефракция, колебательный спектр, поляритоны / Н. В. Сидоров и др. М.: Наука, 2003. 255 с.
5. Особенности строения, физико-химические и оптические характеристики кристаллов ниобата лития, выращенных из расплавов, легированных бором / Н. В. Сидоров и др. // Журнал технической физики. 2018. Т. 88, № 12. С. 1820-1828.
6. Структурный беспорядок и оптические характеристики конгруэнтных кристаллов ниобата лития, выращенных из расплавов, легированных бором / Н. В. Сидоров и др. // Сибирский физический журнал. 2018. Т. 13, № 2. С. 70-79.
7. Palatnikov M. N., Sidorov N. V. Oxide Electronics and Functional Properties of Transition Metal Oxides. New York: NOVA Sience Publishers, 2014. P. 31.
8. Оптическая однородность, дефекты и фоторефрактивные свойства стехиометрического, конгруэнтного и легированного цинком кристаллов ниобата лития / Н. В. Сидорови др. // Оптика и спектроскопия. 2014. Т. 117, № 1. С. 76-85.
9. Спектроскопия комбинационного рассеяния света расплавов Li20 — Nb2O5 / Ю. К. Воронько и др. // Краткие сообщения по физике ФИАН. 1987. № 2. C. 34-36.
10. Физико-химические и оптические характеристики кристаллов ниобата лития, выращенных из расплавов, легированных бором / М. Н. Палатников и др. // Перспективные материалы. 2018. № 6. С. 5-15.
11. Особенности структуры и свойства монокристаллов LiNbO3, легированных бором / О. В. Макарова и др. // Неорганические материалы. 2018. Т. 54, № 1. С. 53-58.
12. Volk Т., Wohlecke M. Lithium niobate. Defects, photorefraction and ferroelectric switching. Berlin: Springer, 2008. 250 р.
13. O'Bryan H. M., Gallagher P. K., Brandle C. D. Congruent composition and Li rich phase boundary of LiNbO3 // Journal of the American Ceramic Society. 1985. Vol. 68, No. 9. P. 493-496.
14. Effects of nonstoichiometry and doping on the Curie temperature and defect structure of lithium niobate / M. N. Palatnikov et al. // Inorganic Materials. 2000. Vol. 36, No. 5. P. 489-493.
15. Comparative study of defect structures in lithium niobate with different compositions / N. Iyi et al. // J. Solid State Chem. 1992. Vol. 101. P. 340-352.
16. Preparation and characterization of off-congruent lithium niobate crystals / P. F. Bordui et al. // J. Appl. Phys. 1992. Vol. 71. P. 875-879.
17. Koyama C., Nozawa J. Investigation of defect structure of impurity-doped lithium niobate by combining thermodynamic constraints with lattice constant variations // Journal of Applied Physics. 2015. Vol. 117. P. 014102(1-7).
18. Саллум М. И. Влияние стехиометрии и допирующих примесей на электрические и оптические свойства кристаллов ниобата лития: автореф. дис. ... канд. хим. наук. СПб., 2009. 19 с.
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, [email protected] 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, [email protected] 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, [email protected] 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, [email protected] Бирюкова Ирина Викторовна
кандидат технических наук, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия, [email protected]
Titov Roman Alekseevich
PhD Student, Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of FRC KSC RAS, Apatity, Russia, [email protected] Sidorov Nikolai Vasilyevich
Dr. Sc. (Physics & Mathematics), Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of FRC KSC RAS, Apatity, Russia, [email protected] Teplyakova Natalya Alexandrovna
PhD (Physics & Mathematics), Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of FRC KSC RAS, Apatity, Russia, [email protected] Palatnikov Mikhail Nikolayevich
Dr. Sc. (Engineering), Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of FRC KSC RAS, Apatity, Russia, [email protected] Biryukova Irina Viktorovna
PhD (Engineering), Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of FRC KSC RAS, Apatity, Russia, [email protected]
РСН: 10.37614/2307-5252.2020.3.4.042 УДК 535:361:456.34:882
ВЛИЯНИЕ СЛЕДОВЫХ КОЛИЧЕСТВ БОРА НА СТРУКТУРНЫЕ ДЕФЕКТЫ КРИСТАЛЛА НИОБАТА ЛИТИЯ
Р. А. Титов, Н. В. Сидоров, Н. А. Теплякова, М. Н. Палатников, И. В. Бирюкова
Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ «Кольский научный центр РАН», Апатиты, Россия
Аннотация
Методами спектроскопии комбинационного рассеяния света, ИК-спектроскопии поглощения, фотоиндуцированного рассеяния света и лазерной коноскопии исследованы структурные особенности монокристаллов LiNbOз, выращенных с применением флюса В2О3. Установлено, что неметаллический элемент бор входит в тетраэдрические пустоты структуры кристалла LiNbOз на уровне следовых количеств. При этом бор существенно деформирует кислородные октаэдры структуры и изменяет их поляризуемость, что влияет на нелинейно-оптические свойства кристалла. Кроме того, бор, как активный комплексообразователь, структурирует расплав и выравнивает коэффициенты распределения лития и ниобия, что уменьшает количество дефектов N^1 и снижает содержание многозарядных неконтролируемых примесей в кристалле, усиливающих эффект фоторефракции. Ключевые слова:
монокристалл, ниобат лития, легирование, бор, комбинационное и фотоиндуцированное рассеяние света, инфракрасное поглощение, дефекты, композиционная однородность, эффект фоторефракции.
