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. Структура кластера № 1 (а) и суммарная энергия кулоновского взаимодействия катиона В3+в кластерах № 1 и 2, построенных на основе рентгеноструктурных данных кристалла LiNbO3:B (144-10-5мас. % B в конусе) [15], а также в кластере сравнения № 3 [12] (б) На рисунке, б приведены результаты расчёта энергии кулоновского взаимодействия катиона бора, локализованного в семи различных гранях вакантных тетраэдрических пустот, с модельными кластерами кристалла LiNbO 3 :B (1 4 4 1 0 -5 мас. % B в конусе), включающими дефекты Nbv и Vu. Минимальной энергией кулоновского взаимодействия катиона В3+ с кластером № 1 обладают два положения: катион В3+локализован в грани вакантной тетраэдрической пустоты, общей с литиевым (VыпОб) либо с вакантным (ѴІІОб) кислородными октаэдрами из второго слоя (см. рисунок, б). Анализ зависимости энергии кулоновского взаимодействия катиона В3+ в кластере № 2 позволил заключить, что минимум энергии, как и в случае с кластером № 1, соответствует локализации катиона В3+ в гранях вакантных тетраэдрических пустот, общих с литиевым (ѴыІОб) и вакантным (ѴІОб) кислородными октаэдрами, но уже первого слоя (рисунок, б). Важно отметить, что энергия кулоновского взаимодействия катиона бора с кластерами № 1 и 2 больше энергии кулоновского взаимодействия в кластере № 3 (см. рисунок, б). Подобное увеличение энергии для кластеров № 1 и 2 ожидаемо, поскольку в достаточно малом объёме структуры кристалла LiNbO 3 :B (1 4 4 1 0 -5 мас. % B в конусе) (см. рисунок, а) присутствие близрасположенных катионов ниобия, лития, дефекта Nbv и катиона бора, локализованного в одной из граней формируемых рассматриваемым кластером вакантных тетраэдрических пустот, в целом привносит избыточный положительный заряд в рассматриваемую систему, что приводит к повышению её напряжённости и нестабильности. Комплексное рассмотрение энергии кулоновского взаимодействия катиона бора с кластерами № 1, 2 и 3 свидетельствует о том, что при формировании структурного дефекта Nbv в первом слое (кластер № 1) с большей вероятностью катион В3+будет локализован в гранях вакантных тетраэдрических пустот, общих с VLiIIO6 или ѴІІОб, а при образовании дефекта Nbv уже во втором слое (кластер № 2) локализация катиона В3+ будет в большей степени предпочтительна вблизи Vl^O6, в меньшей — рядом с вакантным кислородным октаэдром (УЮб) (см. рисунок, б). Вы воды Показано, что применение технологии прямого твёрдофазного легирования шихты конгруэнтного состава (R = 0,946) борной кислотой приводит к повышению стехиометрии (R = 0,96) кристалла LiNbOз:B (144-10-5мас. % B в конусе). При этом в структуре кристалла LiNbO 3 :B (144-10-5мас. % B в конусе), согласно результатам рентгеноструктурного анализа [15], отсутствуют дефекты NbLi (ответственные за эффект фоторефракции). Этот факт является практически важным для понимания влияния неметаллического элемента бора, как и его концентрации, на состояние дефектности (вторичную структуру) и композиционную однородность гетеродисмического кристалла ниобата лития. Расчёт суммарной энергии кулоновского взаимодействия катиона бора с фрагм ентом кислородно -октаэдрической структуры кри сталла LiNbOз:B (144-10-5 мас. % B в конусе), содержащего структурный дефект Nbv, показал, что есть три наиболее вероятных локализации катиона бора вблизи дефекта Nbv: при формировании дефекта Nbv в первом слое моделируемого кластера — в гранях вакантных тетраэдрических пустот, общих с VLinO6 или V nO6; при формировании дефекта Nbv во втором слое — в грани вакантной тетраэдрической пустоты, общей с Vl^O6. © Титов Р. А., Кадетова А. В., Токко О. В., Сидоров Н. В., Палатников М. Н., 2023 110