Труды КНЦ (Технические науки вып.4/2023(14))

Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 4. С. 106-112. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 4. P. 106-112. Периоды a и с элементарной ячейки, значения координат атомов (x/a, y/b, z/c) и коэффициентов заполнения позиций (G) в кристаллах LiNbOзстех (5,5 мас. % K 2 O) и LiNbO 3 :B (144-10-5 мас. % B в конусе) [15] 1 G 1 x/a 1 y/b г/с 1 1 G 1 x/a | y/b | г/с LiNbOзстех(5,5 мас. %K 2 O), (Rwp (%) = 9,55, Rp (%) = 7,96), a = 5,1429 А, с = 13,8447A LiNbO3:B (14410-5мас. %B в конусе), (Rwp (%) = 5,24, Rp (%) = 11,49), a = 5,1543 А, с = 13,8754 A Nb 0,986 0 0 0 Nb 0,96 0 0 0 O 1,00 0,0640 0,3390 0,0650 O 1,00 0,069 0,3682 0,0652 Li 0,989 0 0 0,2816 Li 0.95 0 0 0,2798 NbLi* 0,004 0 0 0,2790 NbLi* - - - - Nbv** - - - - Nbv** 0,028 0 0 0,111 *Катион ниобия в положении катиона лития. **Катион ниобия в вакантном кислородном октаэдре. Коэффициенты заполнения позиций лития (G (L i)) и ниобия (G (Nb)) для кри сталла LiNbO 3 :B (144-10-5 мас. % B в конусе) близки и составляют 0,95 и 0,96 соответственно (см. таблицу). Величина стехиометрии кристаллов LiNbOзстех (5,5 мас. % K 2 O) и LiNbO 3 :B (14410-5 мас. % B в конусе), рассчитанная с учётом коэффициентов заполнения позиций (G(Li), G(Nb), G(NbLi), G(Nbv)), равна ~ 0,99 и ~ 0,96 соответственно [15]. Таким образом, кристалл LiNbO 3 :B (144-10-5 мас. % B в конусе) по величине стехиометрии занимает промежуточное положение между конгруэнтным (R = 0,946) и стехиометрическим (R = 1) составами. Из таблицы видно, что в структуре кристалла LiNbO 3 :B (144 10-5мас. % B в конусе) наблюдаются полное отсутствие структурного дефекта NbLi, являющегося глубокой ловушкой электронов и ответственного за проявление эффекта фоторефракции [4], и наличие лишь дефектов в виде катионов ниобия, локализованных в вакантных октаэдрах структуры кристалла (Nbv). Полное отсутствие дефектов NbLi в структуре кристалла LiNbO 3 :B (144 10-5 мас. % B в конусе) при столь малой концентрации катионов бора (144-10-5 мас. % B) является практически важным фактом, поскольку при классическом легировании кристалла ниобата лития добиться полного исчезновения дефектов NbLi из структуры можно лишь при высоких концентрациях нефоторефрактивных катионов металлов (3-5 мол. % MeO, где Me — Mg, Zn) [4]. Для боросодержащих кристаллов ниобата лития с меньшей концентрацией катионов бора (~ 10"5-10"4) наблюдается высокая степень оптической и композиционной однородности [13]. Стоит отметить, что в структуре таких кристаллов присутствуют дефекты NbLi и Nbv в незначительном количестве [13]. Таким образом, можно заключить, что с ростом концентрации катионов бора в структуре кристалла LiNbO 3 :B выше ~ 10"5-10"4 происходит снижение оптического качества и композиционной однородности такого кристалла, а также полное исчезновение структурного дефекта, ответственного за проявление эффекта фоторефракции — NbLi (см. таблицу). Несмотря на отсутствие в структуре кристалла LiNbO 3 :B (144-10-5 мас. % B в конусе) дефектов NbLi, наличие дефектов Nbv наруш ает правильное чередование основных катионов (Li, N b ) и вакансий (V) вдоль полярной оси кристалла, а также вносит избыточный положительный заряд (+5) в кислородно-октаэдрическую структуру кристалла. Представляет интерес исследовать особенности локализации катионов бора в гранях вакантных тетраэдрических пустот структуры кристалла LiNbO 3 :B (144 •10-5 мас. % B в конусе), обусловленные наличием дефекта Nbv. Нами был рассмотрен кластер, состоящий из шести кислородных октаэдров (Li:O6, N b ^ , ѴЮб, LinO6, NbnO6, ѴЮб — литиевый, ниобиевый и вакантный октаэдры из первого (I) и второго (II) слоев кластера соответственно) и формируемых ими двух тетраэдрических пустот (0*4 и 0 П 4 ). Наличие в кристалле LiNbO 3 :B (1 4 4 1 0 -5 мас. % B в конусе) структурного дефекта Nbv (см. таблицу) определило выбор модели для описания особенностей локализации точечных собственных дефектов в исследуемом боросодержащем кристалле ниобата лития — сплит-модели (M5 [16, 17]), совмещающей модель литиевых вакансий (M1 [17, 18]) и модель заполнения пустых октаэдров (M3 [16, 17]). Нами были рассмотрены два возможных варианта модельных кластеров: кластер № 1 (рисунок, а), в котором дефект Nbv локализован в нижней кислородной плоскости, а дефект VLi — в верхней, а также кластер № 2, в котором дефект VLi локализован в нижней кислородной плоскости, а дефект Nbv — в верхней. В качестве сравнения был рассмотрен кластер № 3 [12], построенный на основе периодов элементарной ячейки кристалла конгруэнтного состава [16]. © Титов Р. А., Кадетова А. В., Токко О. В., Сидоров Н. В., Палатников М. Н., 2023 109