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

идеального стехиометрического кристалла точечных дефектов Nb Li 4+ и, соответственно, дефектов V Li - нет. Наличие точечных дефектов Nb Li , являющихся глубокими электронными ловушками, существенно влияет на фоторефрактивные свойства как номинально чистых, так и легированных кристаллов LiNbO 3 [1, 2]. Кроме дефектов Nb Li , существуют многочисленные дефекты в виде мелких ловушек электронов [1-3]. В кристаллах LiNbO 3 , выращенных в атмосфере воздуха, всегда присутствуют атомы водорода, связанные с атомами кислорода водородными связями. Присутствие ОН-групп играет важную роль в формировании вторичной структуры и физических характеристик кристалла: оно повышает низкотемпературную проводимость, понижает эффект фоторефракции и величину коэрцитивного поля [2, 4, 5]. Оценить отношение R в кристалле LiNbO 3 и концентрацию имеющихся в нем точечных дефектов (Nb Li и V Li ) можно из определения положения края фундаментального оптического поглощения [6]. Концентрация ОН-групп может быть определена из ИК-спектра поглощения в области частот валентных колебаний ОН-групп по методу Клавира [7]. Локализация атомов водорода в структуре кристалла возможна в нескольких позициях. Соответственно, в ИК-спектре поглощения кристалла будут проявляться несколько линий в области частот валентных колебаний ОН-групп. При уменьшении числа возможных позиций атомов водорода в структуре кристалла, соответственно, уменьшается и число линий в спектре ИК-поглощения, соответствующих валентным колебаниям ОН-групп. Этот факт позволяет определить стехиометрию (отношение R ) кристалла LiNbO 3 , в том числе и для окрашенных кристаллов, имеющих полосы поглощения в оптическом спектре в области края фундаментального поглощения, вследствие чего для таких кристаллов определение стехиометрии из положения края фундаментального оптического поглощения затруднено. В настоящей работе с помощью изложенного выше подхода по ИК-спектрам поглощения в области частот валентных колебаний водородных связей исследовано влияние состава кристалла на концентрацию точечных дефектов Nb Li и V Li , концентрацию ОН-групп и характер комплексных дефектов, связанных с ОН-группами в кристаллах LiNbO 3 , легированных цинком LiNbO 3 : Zn (4.54. 4,68, 6,50 мол. % ZnO). Результаты исследований сравнивались с результатами, полученными для номинально чистых кристаллов LiNbO 3 стехиометрического (L^NhO.^^- ;. ) и конгруэнтного (LiNbO 3KQHrp. ) составов. Кристаллы, легированные цинком, при концентрациях, близких ко второму пороговому значению (7,0 мол. % ZnO). с низким эффектом фоторефракции и коэрцитивным полем перспективны как нелинейно-оптические материалы для преобразования лазерного излучения, в том числе на периодически поляризованных доменах [1, 2, 8]. 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 (LiNbO зконгp. ) был выращен из шихты конгруэнтного состава. Кристаллы LiNbO 3 : Zn были получены методом прямого твёрдофазного легирования из расплава конгруэнтного состава [9]. Кристаллы LiNbO зстех. выращивались из расплава с ~ 58,6 мол. % Li 2 O. Монодоменизация кристаллов осуществлялась методом высокотемпературного электродиффузионного отжига при охлаждении образцов со скоростью 20 град/ч в температурном интервале от ~ 1240-890 °С в условиях приложения постоянного электрического напряжения. Контроль степени монодоменности осуществлялся методом анализа частотной зависимости электрического импеданса и путем определения величины статического пьезомодуля ( ^ зззст ) кристаллической були. Образцы для исследования вырезались из монодоменизированных кристаллов в форме прямоугольных параллелепипедов, ребра которых совпадали по направлению с кристаллофизическими осями X . Y . Z ( Z — полярная ось кристалла). Грани параллелепипедов тщательно полировались. 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. 39