Труды КНЦ (Технические науки вып. 5/2023(14))

Ко второй группе, согласно ИК-спектрам (см. рис.), можно отнести полосы поглощения с частотой в диапазоне 3490-3590 см-1, обусловленные изменением механизма вхождения легирующей примеси в структуру кристалла и соответствующие колебаниям комплексных дефектов Ме^-ОН и MеLi-ОН-MеNb. Положение атомов водорода, связанных с атомом кислорода водородной связью, в структуре нестехиометрических кристаллов меняется в зависимости от вида и концентрации легирующей примеси [6, 11]. Эффект пороговых концентраций возникает по причине увеличения концентрации легирующего компонента выше определенного значения, индивидуального для каждого легирующего элемента. Внедрение данной примеси в структуру кристалла ниобата лития приводит к изменению подрешетки дефектов, что в значительной степени влияет на механизмы компенсации заряда. При увеличении концентрации легирующей примеси до концентрационного порога примерно в 5,5 мол. % MgО большинство точечных структурных дефектов NbLi будет вытеснено катионами Mg2+. Катионы магния, в свою очередь, начнут внедряться в основные базовые позиции катионов Nb и Li, что приведет к разупорядочению катионной подрешетки кристалла и формированию комплексных дефектов MgNb-ОН и MgLi-ОН-MgNb. На ИК-спектрах поглощения образование таких комплексных дефектов сопровождается сдвигом частот в длинноволновую область (рис., кривая 5). При концентрации катионов Gd3+ ~ 0,003 мас. % в кристаллах LiNbO 3 двойного легирования происходит внедрение легирующей примеси в ниобиевые октаэдры. Одновременно с процессом образования дефектов GdNb возникают дефектные центры Mgu и MgNb. Таким образом, происходит формирование самокомпенсирующихся пар: MgLi-MgNb и MgLi-GdNb. Данные пары, обладающие большим эффективным отрицательным зарядом, притягивают атом водорода, связанный с атомом кислорода водородной связью, и образуют комплексные дефекты: MgLi-ОН-MgNb и MgLi-ОН-GdNb. Данным комплексным дефектам соответствуют полосы поглощения с частотами 3535 и 3585 см-1 соответственно (рис., кривая 6). На основе ИК-спектров поглощения можно рассчитать концентрацию ОН--групп в исследованных кристаллах по методу Клавира [12]. Точность расчета определяется сложностью спектра ИК-поглощения в области валентных колебаний ОН--групп. Согласно полученным данным, кристалл LiNbOзстех обладает минимальной концентрацией ОН--групп из ряда исследованных в данной работе кристаллов, а кристалл LiNbOзконг — максимальной (табл.). Большая концентрация ОН-групп в кристалле LiNbOзконг обусловлена отличием величины стехиометрии данного кристалла от 1, что приводит к образованию точечных дефектных центров (NbLi и VLi) и, групп по причине формирования комплексных дефектов (Vu-ОН). В кристалле LiNbOзстех (6,0 мас. % K 2 O), по сравнению с кристаллом LiNbOзстех, концентрация ОН -групп возрастает. Это можно объяснить изменением стехиометрии (уменьшение отношения [Li]/[Nb]) и увеличением количества точечных дефектных центров (Vu) в кристалле LiNbOзстех (6,0 мас. % K 2 O). Уменьшение концентрации дефектов, обусловленных присутствием ОН -групп, в кристаллах LiNbO3 : Mg (5,29 мол. % MgО) и LiNbO3 : Gd (0,003) : Mg (0,65 мас. %), по сравнению с LiNbOзконг, обусловлено разными механизмами вхождения легирующих примесей в структуру кристалла и, как следствие, образованием других комплексных дефектов. Заключение Исследованы спектры ИК-поглощения в области валентных колебаний ОН--групп кристаллов LiNbOзконг, LiNbOзстех, LiNbOзстех (6,0 мас. % K 2 O), LiNbO3 : Mg (5,29 мол. % MgО) Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 5. С. 12-17. Transactions of the Kola Science Centre of r A s . Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 5. P. 12-17. © Бобрева Л. А., Титов Р. А., 2023 Концентрация ОН--групп в исследуемых образцах Кристалл Концентрация ОН-групп, см-3 П№Озконг 3,26-1017 ГГЫЬОзстех 1,58-1017 ПКЮзстех (6,0 мас. % K 2 O) 2,49'1017 LiNbO3 :Mg (5,29 мол. % MgО) 2,76-1017 LiNbO3 :Gd (0,003) :Mg (0,65 мас. %) 3,2-1017 15