Труды КНЦ вып.4(ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ) вып. 3/2020(11)

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 LiNbO 3 : B (0,55, 0,69 and 0,83 mol. % B 2 O 3 ) 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, LiNbO 3 : 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 ЩКЪО зконг. , 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 (ШЬО зс 1 ех. ) имеют значительные преимущества по сравнению с конгруэнтными кристаллами ввиду наличия у них значительно более низкого коэрцитивного поля [1]. В настоящее время кристаллы LiNbO 3 , близкие к стехиометрическому составу, выращивают в воздушной атмосфере двумя способами: из расплава Li 2 O — N 2 O 5 с 58,60 мол. % Li 2 O [2] и из конгруэнтного расплава с добавлением ~ 6 мас. % щелочного растворителя (флюса) K 2 O 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 LiNbO 3 с применением флюса B 2 O 3 . Этот подход позволяет выращивать кристаллы, приближающиеся по упорядочению структурных единиц катионной подрешетки к кристаллу LiNbO 3 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 Nb Li [4], то В 2 О 3 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 В 3+ проявляет свойства сильного комплексообразующего агента. Структурируя расплав и связывая избыточный в расплаве конгруэнтного состава ниобий (т. е. снижая концентрацию дефектов Nb Li в выращенном кристалле), бор выравнивает k 0 (коэффициент распределения) лития и ниобия. Это влияет на упорядочение структурных единиц катионной подрешетки кристалла LiNbO 3 : 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 LiNbO 3 : B. При этом бор входит в структуру кристалла на уровне концентрации посторонних следовых примесей — 4 • 10 -4 мол. % В 2 О 3 [6]. В данной работе методами спектроскопии КРС, ИК-спектроскопии поглощения, лазерной коноскопии и фотоиндуцированного рассеяния света исследованы номинально чистые монокристаллы LiNbO 3 : B с различным R = Li / Nb (0,946 < R < 1), выращенные из расплава конгруэнтного состава с применением флюса В 2 О 3 (0,55, 0,69 и 0,83 мол. % В 2 О 3 в шихте). Результаты исследований сравнивались с результатами, полученными для номинально чистых кристаллов Ы^б зстех. (58,6 мол. % Li 2 O) и LiNbO 3 imi u. . 190