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

LiNbO 3 : Zn (2,02), LiNbO 3 : Zn (2,12), LiNbO 3 : Zn (2,93 мас. %) и Ы^О зконг. фоторефрактивный отклик отсутствует, индикатриса ФИРС не раскрывается, а наблюдается только круговое рассеяние на статических структурных дефектах кристаллической решётки. Угол рассеяния составляет не более 9 °. Картина рассеяния сохраняет форму, близкую к кругу, на протяжении всего эксперимента. Такое временное поведение картин ФИРС свидетельствует о низком значении эффекта фоторефракции в данных кристаллах. При этом гораздо больший размер центрального слоя (сечения лазерного луча), наблюдающийся для LiNbO 3 : Zn (1,98) и LiNbO 3 : Zn (2,01 мас. %), указывает на большую рассеивающую способность кристаллов, что свидетельствует об их более высокой дефектности (рис. 6 и 7). Для кристаллов LiNbO 3 : Zn (0,018), LiNbO 3 : Zn (0,52), LiNbO 3 : Zn (0,615), LiNbO 3 : Zn (0,88 мас. %) и LiNbO зстех. (6 мас. % K 2 O) наблюдается спекл-структура картины ФИРС, существенно изменяющаяся с течением времени (рис., 1, 3-5, 11). При этом индикатриса ФИРС из округлой формы (первые секунды возбуждения ФИРС) со временем трансформируется сначала в эллипсообразную форму, а затем приобретает вид асимметричной восьмерки, вытянутой вдоль полярной оси (рис.). Причем больший «лепесток» восьмерки со временем развивается по направлению полярной оси. Для этих кристаллов со временем характерно также постепенное «перетекание» интенсивности разных слоев картины ФИРС в направлении полярной оси кристалла. Необходимо отметить и то, что для кристаллов LiNbO 3 : Zn (0,52) и LiNbO 3 : Zn (0,615 мас. %) наблюдается явно выраженное деление центрального пятна на две половины (рис. 3, 4), что обусловлено двулучепреломлением. Индикатриса ФИРС в кристаллах LiNbO 3 : Zn (0,018), LiNbO 3 : Zn (0,52), LiNbO 3 : Zn (0,615), LiNbO 3 : Zn (0,88 мас. %) и LiNbO зстех. (6 мас. % K 2 O) раскрывается в первые 30 с облучения (рис.). Согласно данным работ [2, 13, 14], при концентрации Zn 2+ в 2,35 мол. % в кристалле LiNbO 3 практически нет дефектов Nb Li . Таким образом можно объяснить значительное уменьшение эффекта фоторефракции в кристалле LiNbO 3 : Zn (2,02 мас. %). Однако в кристалле LiNbO 3 : Zn (0,03 мас. %), где концентрация дефектов Nb Li велика, снижение фоторефрактивного эффекта (рис. 2) обусловлено другими причинами. Этому может быть дано следующее объяснение. Согласно данным [2, 14, 15], при малых концентрациях катионы Zn 2+ вытесняют не только дефекты Nb Li и V Li , но и одновременно катионы Li + , находящиеся в собственных положениях, а также заполняют вакантные октаэдры. При этом при замещении дефекта Nb Li три литиевые вакансии исчезают, а при замещении дефекта V Li (катиона Li + , находящегося в вакантном октаэдре идеальной структуры) или катиона Li + в собственном положении, наоборот, одна вакансия появляется. Таким образом, малые количества катионов Zn 2+ , вытесняя дефекты Nb Li и V Li , упорядочивают чередование основных, примесных катионов и вакансий вдоль полярной оси и уменьшают, кроме того, дефектность кристалла по отношению к вакансиям Li + . Поскольку электроны в структуре локализуются на дефектах, то такое уменьшение дефектности катионной подрешетки кристалла неизбежно уменьшит эффект фоторефракции. Кроме того, согласно данным работы [16], между упорядочением структурных единиц катионной подрешетки и состоянием электронной подсистемы кристалла LiNbO 3 наблюдается прямая существенная связь. При определенных малых концентрациях некоторые «нефоторефрактивные» катионы в LiNbO 3 могут образовывать большое количество мелких ловушек электронов вблизи дна зоны проводимости («уровней прилипания») [17]. Таким образом, экспериментальные данные указывают на то, что для кристалла LiNbO 3 : Zn (0,03 мас. %) могут иметь место два конкурирующих процесса. С одной стороны, при значительном количестве глубоких уровней захвата электронов в запрещенной зоне (дефектов Nb Li ) образуются некомпенсированные внутренние электрические поля, влияющие на показатель преломления и усиливающие фоторефрактивные свойства кристалла. С другой стороны, при увеличении упорядочения структурных единиц катионной подрешетки в кристалле должно существенно возрастать количество мелких электронных ловушек («уровней прилипания») и, соответственно, сильно повышаться вероятность излучательной рекомбинации фотовозбужденных носителей без их захвата имеющимися глубокими ловушками. Этим можно объяснить существенное ослабление эффекта фоторефракции в кристалле LiNbO 3 : Zn (0,03 мас. %) даже при наличии значительного количества глубоких уровней захвата — дефектов Nb Li . В таблице приведены значения напряжённостей фотовольтаического и диффузионного полей в исследованных кристаллах, рассчитанные по формулам, полученным и приведенным в [4]. 46