Труды КНЦ вып.9 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 1/2018(9) Часть 2)

дефектов в кристаллах. Установлено, что в кристаллах, полученных в области критических концентраций ZnO в расплаве (~ 6,99 мол. %), наблюдаются значительные структурные искажения, аномально изменяются периоды, длины связей в октаэдрах и вдоль полярной оси. Ключевые слова: ниобат лития, рентгеноструктурный анализ, дефекты, структурные характеристики. THE EFFECT OF ZINC CONCENTRATION IN THE MELT ON THE STRUCTURAL CHARACTERISTICS OF LITHIUM NIOBATE L. A. Aleshina, A. V. Kadetova Petrozavodsk State University, Petrozavodsk, Russia Abstract The change of LiNbO3 : Zn crystals structure, has been studied by X-ray. The crystals were grown from melts and doped by 4,0^8,9 mol. % of ZnO. We established the models of impurity localization and the distribution of defects in the crystals. It was determined that there were significant structural distortions in the crystals doped in the region of prethreshold concentration of ZnO in the melt (~ 6,99 mol. %). The lattice constants and the lengths of bonds in octahedra and along the polar axis changed. Keywords: lithium niobate, X-ray diffraction study, defect structure, structural characteristics. На широкое применение кристаллов ниобата лития в нелинейной оптике большое влияние оказывает степень их дефектности. В связи с этим, чтобы получать кристаллы с нужными оптическими характеристиками, необходимо контролировать их дефектность [1]. Для повышения степени упорядочения катионной подрешётки вдоль полярной оси, а также подавления эффекта фоторефракции кристаллы легируют нефоторефрактивными примесями (Zn+2, Mg+2и др.) [1, 2]. Прямыми, неразрушающимиметодами исследования атомной структурыявляютсярентгенографические методы. Использование данных методов позволяет определить возникающие при вхождении примеси в решётку кристалла искажения структуры. Авторы работы [3] предположили, что изменения структуры и физико-химических свойств кристаллов, являющиеся результатом легирования, зависят не только от метода синтеза шихты и способа легирования, но и от физико-химических свойств расплава. Выполненные ими исследования физико-химических свойств расплава и образцов конгруэнтного ниобата лития, легированного цинком при концентрациях ZnO в расплаве 4,02-^8,91 мол. %, показали, что существует область концентраций (5,4^7 мол. %), в которой физико-химические свойства расплава меняются аномально, и, как следствие, происходят изменения характеристик выращенных кристаллов. Задачей данной работы было исследование методами рентгенографии структурного состояния кристаллов ниобата лития конгруэнтного состава, легированных цинком при концентрациях ZnO в расплаве 4,02^8,91 мол. %. Образцы были предоставлены Институтом химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева (ИХТРЭМС) Кольского научного центра РАН (КНЦ РАН). Кристаллы были выращены методом Чохральского. В табл. 1 приведены значения концентраций оксида цинка в расплаве и цинка в исследуемых кристаллах. Таблица 1 Концентрации оксида цинка в расплаве (Ср) и цинка в верхней части исследуемых в данной работе кристаллов ниобата лития (Св) № образца 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Ср, мол. % 4,03 5,38 6,12 6,67 6,76 6,88 6,99 7,8 8,91 Cu, мол. % 3,43 3,95 4,54 5,07 5,19 4,68 4,76 5,19 5,84 Рентгенограммы регистрировались в интервале углов рассеяния 20 от 5 до 145 ° на дифрактометре «ДРОН- 6» в СиКа-излучении, монохроматор из пиролитического графита был установлен в первичных лучах. Для расчетов методом полнопрофильного анализа рентгенограмма разбивалась на области регистрации линий и фона. Области пиков были отсняты с шагом 0,02 °, а области фона с шагом 0,2 °. На рисунке 1 представлены зависимости уточнённых методом Ритвельда, на первом этапе полнопрофильного анализа, периодов ( a, c ) кристаллической решётки легированных цинком образцов ниобата лития от концентрации ZnO в расплаве. Как видно из рис. 1, образцы, полученные в концентрационном диапазоне 6,67-6,99 мол. % ZnO в расплав, характеризуются резким уменьшением периодов. Согласно данным работы [3], в этом же диапазоне на плавной зависимости концентрации цинка в кристалле от концентрации цинка в расплаве и зависимости отношения концентрации примеси в твёрдой фазе к ее концентрации в расплаве от концентрации цинка в расплаве имеются максимумы. Эта область названа областью критических концентраций цинка в расплаве. 503