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

Введение Монокристаллические и керамические материалы с общей формулой АВОп (А — элементы 1-й или 3-й группы, В — элементы 5-й группы таблицы Менделеева, n — 3 или 4) широко используются в оборонной и гражданской промышленности. Одним из наиболее востребованных монокристаллов является ниобат лития (L iN bO 3 ), который проявляет целый спектр уникальных св о й с т в : сегнетоэлектрические, пироэлектрические, нелинейные, электрооптические, фотовольтаические. Благодаря уникальному сочетанию таких свойств кристаллы LiNbO 3 находят широкое применение в качестве материала для преобразования частоты лазерного излучения, параметрического усиления и генерации света, телекоммуникации, голографической записи, интегрально-оптических устройств [1]. Нелинейно­ оптические, фоторефрактивные и люминесцентные свойства кристалла ниобата лития в основном обусловлены собственными и примесными дефектами кристаллической решетки и тонкими особенностями упорядочения структурных единиц катионной подрешетки вдоль оси роста кристалла. Следовательно, одной из актуальных фундаментальных задач является исследование влияния дефектных комплексов: их тип, количество, локализация, влияние на оптические свойства кристаллов ниобата лития. Одно из ограничений использования кристалла LiNbO 3 в качестве активного элемента для твердотельного квантового генератора оптического излучения и преобразователя излучения на периодических структурах — наличие оптического повреждения (эффекта фоторефракции) [1, 2]. Эффект фоторефракции заключается в изменении показателей преломления при прохождении лазерного излучения через кристалл. Наиболее успешное подавление оптического повреждения заключается в легировании ниобата лития фотовольтаически неактивными элементами (Mg, Zn, In, E r и т. д.), которые под действием лазерного излучения остаются в моновалентном состоянии [2, 3]. Так как фоторефрактивные свойства связаны с дефектами (собственными и примесными) структуры кристалла ниобата лития, то существует множество процессов электронных релаксаций, в частности, спонтанная излучательная рекомбинация, которая является также лимитирующим фактором для создания квантовых оптических генераторов. Совокупность дефектов в сегнетоэлектрике образуют донорные и акцепторные уровни энергии разного залегания в запрещенной зоне кристалла. Исследование люминесценции точечных и комплексных дефектных центров кристалла ниобата лития позволит решить ряд прикладных задач большой практической значимости — получение кристалла ниобата лития с заведомо заданными люминесцентными свойствами. Керамические твёрдые растворы типа ABO 4 (А — элементы 1-й или 3-й группы, В — элементы 5-й группы таблицы Менделеева) широко применяются в оптоэлектронике, медицине, физике высоких энергий для регистрации высокоэнергетического ионизирующего излучения (рентгеновского и гамма- лучей). Такие соединения обладают хорошими сцинтилляционными свойствами, природа которых связана с трансфером энергии между центрами свечения BO 4 -групп матрицы и химическими элементами с внутрицентровой люминесценцией (Gd3+, Eu3+, Tb3+ и т. д.) [4]. В качестве керамического материала с уникальным сочетанием пьезо-, пироэлектрических и фоторефрактивных свойств возможно использовать керамические твёрдые растворы на основе ниобатов редкоземельных элементов ANbO 4 (A — Gd, Y). Структурное состояние такой керамики и, как следствие, её физические свойства можно менять путём изменения размера и формы кристаллитов, технологии синтеза (твердофазный синтез и золь-гель метод), стехиометрии, условий спекания керамики [4, 5]. Поэтому актуальным является исследование природы собственной люминесценции кристаллической матрицы керамик ANbO 4 (A - Gd, Y) с помощью фотолюминесцентного анализа с целью установления наиболее подходящих составов для применения их в качестве перспективных материалов электронной техники. В данной работе представлен обобщ ённый анализ исследований фотолюминесценции монокристаллических и керамических ниобатов щелочных и редкоземельных элементов в зависимости от влияния состава, типа и концентрации легирующего элемента, метода легирования, технологии синтеза керамики. Р е зу л ь т а ты Исследовались кристаллы, полученные методом Чохральского в воздушной атмосфере на установке промышленного типа «Кристалл 2» из гранулированной шихты ниобата лития, синтезированной Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 4. С. 88-94. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 4. P. 88-94. © Смирнов М. В., Сидоров Н. В., Палатников М. Н., Пикулев В. Б., 2023 89