Вышедшие номера
Home » Оптика и спектроскопия » Год 2022, выпуск 1 » Статья стр. 171
<<<>>>
Люминесцентные свойства нестехиометрических кристаллов ниобата лития различного состава и генезиса (обзор)
DOI: 10.21883/OS.2022.01.51905.14-21
Переводная версия: 10.21883/EOS.2022.01.53002.14-21
Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ), Аспиранты, 20-33-90078
Смирнов М.В. 1, Сидоров Н.В. 1, Палатников М.Н. 1
1Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева КНЦ РАН, Апатиты, Россия
Email: m.smirnov@ksc.ru
Поступила в редакцию: 9 июня 2021 г.
В окончательной редакции: 20 сентября 2021 г.
Принята к печати: 24 сентября 2021 г.
Выставление онлайн: 9 ноября 2021 г.
PDF версия
Дан краткий обзор особенностей дефектной структуры и исследований люминесцентных свойств нелинейно-оптических кристаллов ниобата лития различного состава и генезиса. Установлено, что электронно-дырочная пара NbNb4+-O- в кислородно-октаэдрическом кластере NbO6 люминесцирует в коротковолновой области видимого спектра (400-500 nm), в то время как точечные дефекты с участием VLi и биполяронные пары NbNb4+-NbLi4+ - в длинноволновой области (500-620 nm). При соотношении [Li]/[Nb] ~ 1 благодаря уменьшению собственных центров свечения происходит тушение люминесценции в видимой области спектра. Показано, что наличие поляронной люминесценции в ближней ИК области (700-1050 nm) обусловлено поляронами малого радиуса NbLi4+ и примесных ионов Cr3+, локализующихся в литиевых и ниобиевых октаэдрах. Обнаружен перенос энергии между центрами свечения в видимой и ближней ИК областях спектра. При этом излучательная рекомбинация преобладает в ближней ИК области. Легирование кристаллов цинком и магнием LiNbO3 при концентрациях [ZnO] < 4.46 mol% и [MgO] < 5.29 mol% приводит к подавлению излучательной рекомбинации собственных дефектов (VLi, NbNb4+-NbLi4+). Однако при более высоких концентрациях наблюдается увеличение вклада коротковолновой составляющей спектра за счет вытеснения легирующими примесями Zn и Mg ионов Nb, находящихся в основных позициях. Ключевые слова: монокристалл ниобат лития, точечные дефекты, люминесценция, центры свечения.
  1. Ю.С. Кузьминов. Электрооптический и нелинейно-оптический кристалл ниобата лития (Наука, М., 1987), с. 9-24
  2. М.Н. Палатников, Н.В. Сидоров, О.В. Макарова, И.В. Бирюкова. Фундаментальные аспекты технологии сильно легированных кристаллов ниобата лития (Апатиты: КНЦ РАН, 2017)
  3. Venkatraman Gopalan, T.E. Mitchell, Y. Furukawa, K. Kitamura. Appl. Phys. Lett., 72 (16), 1981 (1998). DOI: 10.1063/1.121491
  4. Н.В. Сидоров, Н.А. Теплякова, Л.А. Бобрева, М.Н. Палатников. ЖСХ, 60 (11), 1837(2019). DOI: 10.26902/JSC\_id49954 [N.V. Sidorov, N.A. Teplyakova, L.A. Bobreva, M.N. Palatnikov. J. Struct. Chem., 60 (11), 1765 (2019). DOI: 10.1134/S002247661911009X]
  5. Н.В. Сидоров, О.Ю. Пикуль, А.А. Крук, Н.А. Теплякова, А.А. Яничев, М.Н. Палатников. Опт. и спектр., 118 (2), 273 (2015). DOI: 10.7868/S0030403415020178 [N.V. Sidorov, A.A. Kruk, N.A. Teplyakova, A.A. Yanichev, M.N. Palatnikov, O.Y. Pikoul. Opt. Spectr., 118 (2), 259 (2015). DOI: 10.1134/S0030400X15020174]
  6. Н.А. Теплякова, Н.В. Сидоров, М.Н. Палатников. Перспективные материалы, 4, 19 (2016)
  7. Yuinlin Chen, Weiguo Yan, Juan Guo, Shaolin Chen, Guangyin Zhang. Appl. Phys. Lett., 87 (21), 212904 (2005). DOI: 10.1063/1.2135389
  8. S. Kumaragurubaran, S. Takekawa, M. Nakamura, S. Ganesamoorthy, K. Terabe, K. Kitamura. In: Conference on Lasers and Electro-Optics/Quantum Electronics and Laser Science and Photonic Applications Systems Technologies, Technical Digest (CD) (Optical Society of America, 2005), p. 393
  9. В.Я. Шур, Е.Л. Румянцев, Р.Г. Бачко, Г.Д. Миллер, М.М. Фейер, Р.Л. Байер. ФТТ, 41 (10), 1831 (1999)
  10. Donghwa Lee, Venkatraman Gopalan, S.R. Phillpot. Appl. Phys. Lett., 109 (8), 082905 (2016). DOI: 10.1063/1.4961614
  11. V. Kemlin, D. Jegouso, J. Debray, E. Boursier, P. Segonds, B. Boulanger, H. Ishizuki, T. Taira, G. Mennerat, J.-M. Melkonian, A. Godard. Opt. Express, 21 (23), 28886 (2013). DOI: 10.1364/OE.21.028886
  12. Kaili Zhai, Shuanggen Zhang, Xiurong Ma, Youjian Song, Minglie Hu, Qingyue Wang, Kailiang Zhang. IEEE Photonics J., 8 (2), 7802307 (2016). DOI: 10.1109/JPHOT.2016.2536364
  13. Dong Zhou Wang, De Hui Sun, Xue Liang Kang, Yuan Hua Sang, Bo Xia Yan, Hong Liu, Yong Bi. Opt. Express, 23 (14), 17727 (2015). DOI: 10.1364/OE.23.017727
  14. T.R. Volk, L.S. Kokhanchik, R.V. Gainutdinov, Y.V. Bodnarchuk, S.D. Lavrov. J. Adv. Dielect., 8 (2), 1830001 (2018). DOI: 10.1142/S2010135X18300013
  15. L. Arizmendi. Phys. Stat. Sol. A, 20 (2), 253 (2004). DOI: 10.1002/pssa.200303911
  16. S.C. Abrahams, P. Marsh. Acta. Cryst., B42, 61 (1986). DOI: 10.1107/S0108768186098567
  17. A.P. Wilkinson, A.K. Cheerham, R.H. Jarman. J. Appl. Phys., 74 (5), 3080 (1993). DOI: 10.1063/1.354572
  18. G. Dominial-Dzik, W. Ryba-Romanowski, M.N. Palatnikov, N.V. Sidorov, V.T. Kalinnikov. J. Mol. Struct., 704 (1), 139 (2004). DOI: 10.1016/j.molstruc.2004.01.063
  19. W. Ryba-Romanowski, I. Sokolska, G. Dominiak-Dzik, S. Golab. J. Alloys and Compounds, 300 (2), 152 (2000). DOI: 10.1016/S0925-8388(99)00715-X
  20. W. Ryba-Romanowski, S. Golab, G. Dominiak-Dzik, M.N. Palatnikov, N.V. Sidorov. Appl. Phys. Lett., 78 (23), 3610 (2001). DOI: 10.1063/1.1376660
  21. R. Lisiecki, B. Macalik, R. Kowalski, J. Komar, W. Ryba-Romanowski. Crystals, 10|,(11), 1034 (2020). DOI: 10.3390/cryst10111034
  22. Li Dai, Shunxiang Yang, Ruirun Chen, Chunrui Liu, Xianbo Han, Yu Shao. J. Luminescence, 217, 116773 (2020). DOI: 10.1016/j.jlumin.2019.116773
  23. М.Н. Палатников, Н.В. Сидоров, И.В. Бирюкова, О.Б. Щербина, В.Т. Калинников. Перспективные материалы, 2, 93 (2011)
  24. Н.В. Сидоров, А.А. Яничев, М.Н. Палатников, А.А. Габаин. Опт. и спектр., 116 (2), 306 (2014). DOI: 10.7868/S0030403414010206 [N.V. Sidorov, A.A. Yanichev, M.N. Palatnikov, A.A. Gabain. Opt. Spectr., 116 (2), 281 (2014). DOI: 10.1134/S0030400X14010202]
  25. Н.В. Сидоров, Т.Р. Волк, Б.Н. Маврин, В.Т. Калинников. Ниобат лития: дефекты, фоторефракция, колебательный спектр, поляритоны (Наука, М., 2003)
  26. N. Zotov, H. Boysen, F. Frey, T. Metzger, E. Born. J. Phys. Chem. Solids, 55 (2), 145 (1994). DOI: 10.1016/0022-3697(94)90071-X
  27. Homer Fay, W.J. Alford, H.D. Dess. Appl. Phys. Lett., 12 (3), 89 (1968). DOI: 10.1063/1.1651911
  28. P. Lerner, C. Legras, J.P. Dumas. J. Cryst. Growth, 3 (4), 231 (1968). DOI: 10.1016/0022-0248(68)90139-5
  29. L. Kovacs, K. Polgar. Cryst. Res. Technol., 21 (6), K101 (1986)
  30. N. Iyi, K. Kitamura, F. Izumi, J.K. Yamamoto, T. Hayashi, H. Asano, S. Kimura. J. Sol. Stat. Chem., 101 (2), 340 (1992). DOI: 10.1016/0022-4596(92)90189-3
  31. H.J. Donnerberg, S.M. Tomlinson, C.R.A. Catlow. J. Phys. Chem. Solids, 52 (1), 201 (1991). DOI: 10.1016/0022-3697(91)90065-8
  32. G.E. Peterson, A. Carnevale. J. Chemical Physics, 56 (10), 4848 (1972). DOI: 10.1063/1.1676960
  33. F.P. Safaryan, R.S. Feigelson, A.M. Petrosyan. J. Appl. Phys., 85 (12), 8079 (1999). DOI: 10.1063/1.370645
  34. R.M. Araujo, K. Lengyel, R.A. Jackson, L. Kovacs, M.E.G. Valerio. J. Phys.: Condens. Matter., 19, 046211 (2007). DOI: 10.1088/0953-8984/19/4/046211
  35. F. Abdi, M.D. Fontana, M. Aillerie, P. Bourson. Appl. Phys. A, 83, 427 (2006). DOI: 10.1007/s00339-006-3565-5
  36. K. Maaider, N. Masaif, A. Khalil. Indian J. Phys., 95, 275 (2021). DOI: 10.1007/s12648-020-01696-5
  37. Yongfa Kong, Jingjun Xu, Xiaojun Chen, Cunzhou Zhang, Wanlin Zhang, Guangyin Zhang. J. Appl. Phys., 87 (9), 4410 (2000). DOI: 10.1063/1.373085
  38. Н.В. Сидоров, Б.Н. Маврин, П.Г. Чуфырев, М.Н. Палатников. Фононные спектры монокристаллов ниобата лития (Издательство Кольского научного центра РАН, Апатиты, 2012)
  39. Н.В. Сидоров, Н.А. Теплякова, А.А. Яничев, М.Н. Палатников, О.В. Макарова, Л.А. Алёшина, А.В. Кадетова. Неорганические материалы, 53 (5), 491 (2017). DOI: 10.7868/S0002337X17050177 [N.V. Sidorov, N.A. Teplyakova, A.A. Yanichev, M.N. Palatnikov, O.V. Makarova, L.A. Aleshina, A.V. Kadetova. Inorganic materials, 53 (5), 489 (2017). DOI: 10.1134/S002016851705017X]
  40. K. Lеngyel, A. Peter, L. Kovacs, G. Corradi, L. Palfavi, J. Hebling, M. Unferdorben, G. Dravecz, I. Hajdara, Zs. Szaller, K. Polgar. Appl. Phys. Rev., 2 (4), 040601 (2015)
  41. F. Abdi, M. Aillerie, M. Fontana, P. Bourson, T. Volk, B. Maximov, S. Sulyanov, N. Rubinina, M. Wohlecke. Appl. Phys. B, 68, 795 (1999). DOI: 10.1007/s003409901469
  42. T. Volk, B. Maximov, T. Chernaya, N. Rubinina, M. Wohlecke, V. Simonov. Appl. Phys. B, 72 (6), 647 (2001). DOI: 10.1007/s003400100548
  43. А.В. Кадетова. Влияние легирования на структурные особенности ниобата лития: дис. ... магистра по направлению "Электроника и наноэлектроника" (ПетрГУ, Петрозаводск, 2018)
  44. J.J. Amodei, D.L. Staebler. Appl. Phys. Lett., 18, 540 (1971). DOI: 10.1063/1.1653530
  45. D. von der Linde, A.M. Glass, K.F. Rodgers. Appl. Phys. Lett., 25 (3), 155 (1974). DOI: 10.1063/1.1655420
  46. Ye Ming, E. Kratzig, R. Orlowski. Phys. Stat. Sol. A, 92 (1), 221 (1985). DOI: 10.1002/pssa.2210920121
  47. L. Tsarukyan, R. Hovsepyan, R. Drampyan. Photonics and Nanostructures --- Fundamentals and Applications, 40, 100793 (2020). DOI: 10.1016/j.photonics.2020.100793
  48. J.E. Midwinter, J. Warner. J. Appl. Phys., 38 (2), 519 (1967). DOI: 10.1063/1.1709367
  49. A. Hordvik, H. Schlossberg. Appl. Phys. Lett., 20 (5), 197 (1972). DOI: 10.1063/1.1654106
  50. Н.В. Сидоров, М.В. Смирнов, М.Н. Палатников. ЖПС, 87 (2), 194 (2020). [N.V. Sidorov, M.V. Smirnov, M.N. Palatnikov. J. Appl. Spectrosc., 87 (2), 212 (2020). DOI: 10.1007/s10812-020-00986-4]
  51. A. Harhira, L. Guilbert, P. Bourson, H. Rinnert. Phys. Stat. Sol. C, 4 (3), 926 (2007). DOI: 10.1002/pssc.200673755
  52. A. Krampf, S. Messerschmidt, M. Imlau. Scientific Reports, 10, 11397 (2020). DOI: 10.1038/s41598-020-68376-6
  53. C. Fischer, M. Wohlecke, T. Volk, N. Rubinina. Phys. Stat. Sol. A, 137 (1), 247 (1993). DOI: 10.1002/pssa.2211370122
  54. F. Klose, M. Wohlecke, S. Kapphan. Ferroelectrics, 92 (1), 181 (1989). DOI: 10.1080/00150198908211324
  55. T.P.J. Han, F. Jaque, V. Bermudez, E. Diefuez. Chem. Phys. Lett., 369 (5-6), 519 (2003). DOI: 10.1016/S0009-2614(02)02028-6
  56. M.G. Clark, F.J. DiSalvo, A.M. Glass, G.E. Peterson. J. Chem. Phys., 59 (12), 6209 (1973). DOI: 10.1063/1.1680000
  57. M.V. Ciampolillo, M. Bazzan, C. Sada, N. Argiolas, A. Zaltron, E. Cattaruzza, S. Mignoni, P. Bourson, M.D. Fontana, M. Bianconi. Ferroelectrics, 389 (1), 142 (2009). DOI: 10.1080/00150190902993275
  58. L.E. Halliburton, K.L. Sweeney, C.Y. Chen. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 1 (2-3), 344 (1984). DOI: 10.1016/0168-583X(84)90090-9
  59. D.M. Krol, G. Blasse, R.C. Powell. J. Chem. Phys., 73 (1), 163 (1980). DOI: 10.1063/1.439901
  60. J. Llopis, C. Ballesteros, R. Gonzalez, Y. Chen. J. Appl. Phys., 56 (2), 460 (1984). DOI: 10.1063/1.333932
  61. Н.В. Сидоров, М.В. Смирнов, М.Н. Палатников, В.Б. Пикулев. Опт. и спектр., 129 (5), 634 (2021). DOI: 10.21883/OS.2021.05.50891.248-20
  62. Richard C. Powell, Edwin E. Freed. J. Chem. Phys., 70 (10), 4681 (1979). DOI: 10.1063/1.437253
  63. Е.В. Строганова. Исследование, синтез и выращивание оптических градиентно-активированных кристаллов на основе ниобата лития. Автореф. докт. дис. (ФГБОУ ВО "Кубанский государственный университет", Краснодар, 2017). URL: http://docspace.kubsu.ru/docspace/handle/1/1059
  64. В.В. Галуцкий, Е.В. Строганова, Н.А. Яковенко. Опт. и спектр., 110 (3), 436 (2011). [V.V. Galutskii, E.V. Stroganova, N.A. Yakovenko. Opt. Spectrosc. 110 (3), 401 (2011). DOI: 10.1134/S0030400X10061049]
  65. V. Trepakov, A. Skvortsov, S. Kapphan, L. Jastrabik, V. Vorlcek. Ferroelectrics, 239 (1), 297 (2000). DOI: 10.1080/00150190008213335
  66. P. Bourson, M. Aillerie, M. Cochez, M. Ferriol, Y. Zhang, L. Guilbert. Optical Materials, 24 (1-2), 111 (2003). DOI: 10.1016/S0925-3467(03)00113-7
  67. H.-J. Reyher, R. Schulz, O. Thiemann. Phys. Rev. B, 50 (6), 3609 (1994). DOI: 10.1103/PhysRevB.50.3609
  68. H. Kurz, E. Kratzig, W. Keune, H. Engelmann, U. Gonser, B. Dischler, A. Rauber. Appl. Phys., 12 355 (1977). DOI: 10.1007/BF00886038
  69. O.F. Schirmer, D. von der Linde. Appl. Phys. Lett., 33, 35 (1978). DOI: 10.1063/1.90181
  70. G. Blasse, A. Bril. J. Electrochem. Soc., 115 (10), 1067 (1968). DOI: 10.1149/1.2410880
  71. G. Blasse, L.G.J. De Haart. Materials Chemistry and Physics, 14 (5), 481 (1986). DOI: 10.1016/0254-0584(86)90050-7
  72. O.F. Schirmer. J. Phys.: Condens. Matter, 18, R667 (2006). DOI: 10.1088/0953-8984/18/43/R01
  73. O.F. Schirmer, O. Thiemann, M. Wohlecke. J. Phys. Chem. Solids, 52 (1), 185 (1991). DOI: 10.1016/0022-3697(91)90064-7
  74. P. Reichenbach, T. Kampfe, A. Haub mann, A. Thiessen, T. Woike, R. Steudtner, L. Kocsor, Z. Szaller, L. Kovacs, Lukas M. Eng. Crystals, 8 (5), 214 (2018). DOI: 10.3390/cryst8050214
  75. L. Arizmendi, J.M. Cabrera, F. Agullo-Lopez. J. Phys. C: Solid State Phys., 17, 515 (1984). DOI: 10.1088/0022-3719/17/3/021
  76. P. Reichenbach, T. Kampfe, A. Thiessen, M. Schroder, A. Haub mann, T. Woike, L.M. Eng. J. Appl. Phys., 115 (21), 213509 (2014). DOI: 10.1063/1.4881496
  77. L. Arizmendi, J.M. Cabrera, F. Agullo-Lopez. Solid State Commun., 40 (5), 583 (1981). DOI: 10.1016/0038-1098(81)90579-2
  78. T. Kampfe, A. Haub mann, L.M. Eng. Phys. Rev. B, 93 (17), 174116 (2016). DOI: 10.1103/PhysRevB.93.174116
  79. S. Messerschmidt, A. Krampf, F. Freytag, M. Imlau, L. Vittadello, M. Bazzan, G. Corradi. J. Phys.: Condens. Matter, 31 (6), 065701 (2018). DOI: 10.1088/1361-648X/aaf4df
  80. M.H.J. Emond, M. Wiegel, G. Blasse, R. Feigelson. Mat. Res. Bull., 28 (10), 1025 (1993). DOI: 10.1016/0025-5408(93)90140-9
  81. М.В. Смирнов, Н.В. Сидоров, М.Н. Палатников, В.Б. Пикулев. Труды Кольского научного центра, 10 (3), 323 (2019)
  82. В.А. Голенищев-Кутузов, А.В. Голенищев-Кутузов, Р.И. Калимуллин, А.В. Семенников, В.А. Уланов. Известия РАН. Серия физическая, 84 (12), 1754 (2020). DOI: 10.31857/S0367676520120212
  83. В.Ю. Яковлев, Е.В. Кабанова, Т. Вебер, П. Пауфлер. ФТТ, 43 (8), 1520 (2001)
  84. И.Ш. Ахмадуллин, В.А. Голенищев-Кутузов, С.А. Мигачев. ФТТ, 40 (6), 1109 (1998)
  85. J. Koppitz, O.F. Schirmer, A.I. Kuznetsov. Europhys. Lett., 4 (9), 1055 (1987). DOI: 10.1209/0295-5075/4/9/017
  86. J.G. Murillo, G. Herrera, A. Vega-Rios, S. Flores-Gallardo, A. Duarte-Moller, J. Castillo-Torres. Optical materials, 62, 639 (2016). DOI: 10.1016/j.optmat.2016.10.059
  87. В.М. Фридкин. Сегнетоэлектрики --- полупроводники (Наука, М., 1976)
  88. Yanl Li, Lili Li, Xiufeng Cheng, Xian Zhao. J. Phys. Chem. C, 121 (16), 8969 (2017). DOI: 10.1021/acs.jpcc.7b01274
  89. Т. Мосс, Г. Баррел, Б. Эллис. Полупроводниковая оптоэлектроника, перевод с английского А.А. Гиппиуса, А.Н. Ковалева, под ред. С.А. Медведева. (Мир, М., 1976).

Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.

Учредители

Издатель

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