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

по методике, разработанной в ИХТРЭМС КНЦ РАН [6]. Все кристаллы подвергались послеростовому высокотемпературному отжигу для получения монодоменного состояния. В качестве объектов исследования выступали: номинально чистые кристаллы ниобата лития конгруэнтного (LiNbOзконг) и стехиометрического (LiNbOзстех) составов, выращенные из расплава с 48,6 и 58,6 мол. % Li 2 O; кристалл ниобата лития стехиометрического состава ^№Озстех (6,0 мас. % K 2 O)), выращенный методом HTTSSG (high temperature top seeded solution growth) из конгруэнтного расплава с использованием щелочного флюса K 2 O (~ 6,0 мас. %); легированные кристаллы LiNbO 3 :Zn (0,04, 0,07, 1,19, 1,42, 2,01, 4,46, 4,50, 4,54, 4,59 и 5,19 мол. % ZnO в кристалле) и LiNbO 3 :Mg (0,19, 1,42, 1,66, 2,13, 3,02 мол. % MgO в кристалле), полученные с использованием метода прямого легирования конгруэнтного расплава. Кристаллы LiNbO 3 :Zn (4,74 мол. % ZnO) и LiNbO 3 :Mg (5,29 мол. % MgO), полученные по технологии гомогенного легирования с использованием прекурсора Nb 2 O 5 :Me (Me — Zn, Mg); кристалл LiNbO 3 :Mg (5,23 мол. % MgO), полученный по технологии легирования с использованием твердофазной лигатуры. Порошки YNbO 4 и GdNbO 4 , синтезированные золь-гель методом, спекали при высокой температуре (традиционная керамическая технология) и по технологии горячего прессования при одновременном приложении высокой температуры и давления. Наиболее подробно методика выращивания монокристаллов LiNbO 3 , методы легирования, синтез керамик ANbO4 (A — Gd, Y) описаны в работах [5-7]. Монокристаллические образцы для исследований имели форму прямоугольных параллелепипедов (размеры ~ 8-7-6 мм3), ребра которых совпадали по направлению с кристаллографическими осями X , Y, Z (Z — полярная ось кристалла). Для снятия термоупругих напряжений и накопления поверхностного заряда грани параллелепипедов тщательно полировались. Керамические образцы представляли собой таблетки диаметром 10 мм и высотой 2 -3 мм. Спектры фотолюминесценции регистрировались с помощью сп ектрограф а SOL SL -100M с ПЗС-детектором FLI ML 1107 Blackllluminated (Hamamatsu). Спектральный диапазон измерений составлял от 380 до 1000 нм. В качестве источника возбуждения использовался непрерывный He-Cd лазер (^возб = 325 нм, 15 мВт). Каждый фотолюминесцентный спектр исправлялся на фоновый сигнал. Н а рисунке 1, а -б представлены спектры фотолюминесценции в оптической области кристаллов L i N ^ ^ ^ , LiNbOзстех и LiNbOзстех (6,0 мас. % K 2 O). В видимой области максимум люминесцентного гало наблюдается при 2,04 эВ, и интенсивность люминесценции меняется следующим образом: Л ^ ^ О з к о н г ) > Ь ^ ^ О з с т е х (6,0 мас. % K 2 O)) > I 3 (LiNbOзстех). Поведение интенсивности свечения хорошо коррелирует с изменением стехиометрии кристалла: уменьшение ниобия в базовых позициях лития (дефект Nbu) приводит к снижению эмиссии в видимой области. На основании работ [8, 9], гало люминесценции на рис. 1, а может быть описана в рамках модели фотоиндуцированного образования биполяронных пар Nbu-NbNb, эмиссия которых проявляется при 2,04 эВ. Таким образом, в кристалле L i N ^ ^ ^ , который имеет наибольшее количество дефектов Nbu [10], наблюдается максимальное биполяронное свечение, а в кристалле LiNbOзстех оно минимально. Данные хорошо коррелируют с данными по КРС и рентгеноструктурному анализу [11, 12]. В ближней ИК-области в номинально чистых кристаллах люминесцентное гало наблюдается при 1,45 эВ (рис. 1, б). Вклад в данный максимум вносят максимумы при 1,3 и 1,5 эВ. Обе полосы связаны с дефектом Nbu [13]. Однако наличие интенсивной люминесценции в кристалле LiNbOзстех(6,0 мас. % K 2 O) говорит о вкладе другого типа дефектов в фотолюминесценцию ближнего ИК-диапазона. Наличие дефекта Vo в кристалле ниобата лития исключается по многим причинам [14], а искусственно его можно наблюдать только в кристалле, отожжённом в вакууме. Это исключает данный дефект в качестве основного центра свечения. Гетеровалентный изоморфизм в нестехиометрических кристаллах LiNbO 3 приводит к образованию литиевых или ниобиевых вакансий (VLi, VNb) для компенсации избыточного заряда решетки дефекта NbLi. С точки зрения модели литиевых вакансий дырочные поляроны типа O--VLi могут выступать в качестве дополнительных центров свечения в данной области. Н а рисунке 1, в -е представлена зависимость интенсивности центров люминесценции разной природы (после разложения на составляющие спектров кристаллов LiNbO 3 :Me (Me — Zn, Mg) в видимой (рис. 1, в-г) и ближней (рис. 1, d-е) ИК-областях от концентрации легирующего элемента. Излучательная рекомбинация при 2,04 эВ соответствует биполярону, при 2,85 эВ — внутриконфигурационным переходам в NbO6 группе, при 1,3 и 1,5 эВ — центрам свечения с участием O--VLi и NbLi. 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 90