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

Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 4. С. 83-87. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 4. P. 83-87. crystals of single-doped lithium niobate and lithium tantalate LiNbO 3 :Tb (2.24 wt. %), LiTaO 3 :Cr (0.005 wt. %), and double-doped lithium tantalate LiTaC&Cr (0.2):Nd (0.45 wt. %). The observed lines in the range 900-2000 cm -1 are explained as a manifestation of overtone processes corresponding to biphonons. Keywords: lithium niobate, lithium tantalate, single crystal, ceramics, doping, Raman scattering Acknowledgments: the study was supported by research topics 121072300166-7 and RFBR and BRFFR (grant 20-52-04001 Bel_mol_а). For citation: Investigation of the structural perfection of lithium niobate and tantalate single crystals and ceramics of different composition and technologies on the first and second orders Raman scattering spectra / N. V. Sidorov [et al.] // Transactions of the to la Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 4. P. 83-87. doi:10.37614/2949-1215.2023.14.4.014 Актуальной задачей современного физического материаловедения является разработка структурно высокосовершенных и композиционно однородных функциональных материалов электронной техники на основе нелинейно-оптических монокристаллов и керамик с общей формулой LiNbxTa1-xO3, важнейшими из которы х являю тся монокристаллы ниобата лития (LiNbO3) и тан талата лития (LiTaO3). LiNbO3 и LiTaO3 — кислородно-октаэдрические фазы переменного состава с широкой областью гомогенности на фазовой диаграмме. Номинально чистые монокристаллы LiNbO3 и LiTaO3 характеризуются зависящим от стехиометрии (величины R = [Li]/[Nb]) существенным беспорядком в расположении структурных единиц катионной подрешётки вдоль полярной оси, а керамические образцы, кроме того, — высокой микронеоднородностью: наличием границ зёрен, отличающихся по структуре и степени дефектности от объёма зёрен, микроколичеств примесных фаз. И монокристаллы, и керамика LiNbO3 и LiTaO3 характери зую тся высокой внутренней микроструктурированностью , в том числе включающей микроструктуры различного типа из кислородно-октаэдрических кластеров МеО6 (Ме — Li, Nb, примесный металл, вакансия). В легированных кристаллах и керамиках величина R определяется также типом и концентрацией легирующей примеси. Указанные особенности разупорядочения структуры кристаллов и керамик должны приводить к эффектам сильного ангармонического взаимодействия в колебательном движении ионов кристаллической решетки, приводящим при определенных условиях к появлению колебательного спектра второго порядка, свидетельствующего о структурном несовершенстве материала. Мощным инструментом исследования структурного несовершенства кристаллов LiNbO 3 и LiTaO 3 как фоторефрактивных фаз переменного состава являются спектры комбинационного рассеяния света (КР) первого и второго порядков. Причем спектры второго порядка наиболее чувствительны к малейшим изменениям особенностей взаимодействий между структурными единицами кристалла. Чем более совершенна структура кристалла, тем слабее ангармонизм колебаний кристаллической решетки, тем менее интенсивным долж ен быть спектр КР второго порядка. В частности , в спектре КР высокосовершенных кристаллов LiNbO3 стехиометрического состава ([Li]/[Nb] = 1), катионная подрешётка которого наиболее упорядочена в ряду кристаллов других составов, полностью отсутствуют линии, принадлежащие спектру второго порядка [1, 2]. Колебательные спектры второго порядка монокристаллических и керамических кислородно-октаэдрических фаз переменного состава с общей формулой LiNbxTa1-xO3 в настоящее время практически не исследованы ввиду больших экспериментальных трудностей как получения самих спектров, так и их интерпретации. Экспериментальное обнаружение, интерпретация линий, соответствующих спектру второго порядка, установление причин появления этих линий в спектре, установление связи параметров спектральных линий с особенностями структурного несовершенства кристаллов — все это самостоятельная фундаментальная задача большой практической значимости, решение которой позволит создавать высокосовершенные материалы с оптимальными физическими характеристиками. В данной работе приведены результаты исследований полных спектров КР некоторых составов монокристаллов и керамик с общей формулой LiNbxTal-xOз:Ме (Ме — легирующий металл). Были зарегистрированы в диапазоне 50-2500 см-1 и исследованы спектры КР первого и второго порядков: номинально чистых керамик LiуTal-уOз c составами в пределах области гомогенности; номинально чистых керамических твёрдых растворов LiNbxTa1-xO3; монокристаллов одинарного легирования LiNbO 3 :Tb и LiTaO 3 :Cr; монокристаллов двойного легирования LiNbO 3 :Gd:Mg, LiNbO 3 :Fe:Ce и LiNbO 3 :Cu:Gd. Все исследованные образцы являются сегнетоэлектриками. На основе общей теории © Сидоров Н. В., Пятышев А. Ю., Свербиль П. П., Скрабатун А. В., Палатников М. Н., 2023 84