Труды КНЦ (Технические науки вып.2/2025(16))

Funding: This work was carried out with financial support from the Government of the Murmansk Region for research projects of young scientists (no. 35 dated January 31, 2025). For citation: Investigation of OH groups complex defects and luminescent centers in LiNbO3:Gd (0.003-0.26 wt%) crystals / M. V. Smirnov [et al.] // Transactions of the Коіа Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2025. Vol. 16, No. 2. P. 108-114. doi:10.37614/2949-1215.2025.16.2.018. Введение К числу наиболее важных сегнетоэлектрических материалов относится монокристалл ниобата лития (LiNbO 3 ), который обладает уникальным набором физических свойств (сегнетоэлектрические, нелинейно-оптические, электрооптические и др.) и применяется в качестве функционального материала фотоники, оптоэлектроники, лазерной техники. Легирование ниобата лития ионами переходных металлов или редкоземельных элементов (РЗЭ) является эффективным методом улучшения оптических свойств кристалла и, таким образом, расширения области его применения [1]. Одно из актуальных направлений исследований связано с улучшением оптических характеристик посредством управления дефектной структурой кристалла LiNbO 3 для его применения в качестве оптической среды в лазерных системах, фотонных и нелинейных устройствах. Однако эффект фоторефракции и спонтанная люминесценция является лимитирующим фактором для создания таких материалов. На основе кристаллов LiNbO3, активированных РЗЭ с недостроенной 4^орбиталью, можно получать функциональные материалы с перестраиваемой частотой излучательных переходов РЗЭ. Введение несколько определенных РЗЭ в решетку кристалла LiNbO 3 позволяет реализовать трансфер энергии по схеме РЗЭ—РЗЭ или РЗЭ—собственные центры люминесценции и расширяет потенциальное применение в качестве люминесцентных материалов. Гадолиний относится к лантаноидам, и его электронная конфигурация соответствует [Xe]4f75d16s2. Несмотря на то, что ион Gd3+ не является люминесцентно­ активным элементом, его переходы находятся в области 300 нм, что позволяет ему активно участвовать в трансфере энергии между центрами люминесценции [2]. Исследования особенностей люминесценции кристаллов LiNbO 3 :Gd в литературе не освещены. Однако такого рода исследование является актуальным с фундаментальной точки зрения, так как оно позволяет прояснить влияние ионов Gd3+на релаксационные процессы в кристалле, а также установить концентрационные закономерности в спектрах возбуждения и люминесценции кристалла. В процессе роста кристаллов LiNbO3 в воздушной атмосфере атомы водорода попадают в структуру кристалла и связываются с атомами кислорода водородной связью, образуя ОН"-группы [3]. Наличие таких дефектов приводит к формированию комплексных дефектов различного типа (Vu-OH, Ые-ОН-Ме, Ые-ОН, где Ме — легирующий металл) [3]. На положение атома водорода в кристалле LiNbO3 влияет изменение его кристаллической структуры. С изменением состава кристалла LiNbO3 наблюдаются существенные изменения в области валентных колебаний водородной связи на ИК-спектре. Применение ИК-спектроскопии позволяет оценить влияние легирующей примеси и стехиометрии на формирование комплексных дефектов и определить пороговые концентрации легирующей добавки в кристалле LiNbO3. Целью данной работы является установление влияния гадолиния на формирование дефектной структуры и оптических свойств кристаллов LiNbO 3 :Gd (0,003, 0,05 и 0,26 мас. %) с применением ИК-спектроскопии в области валентных колебаний ОН--групп и фотолюминесцентного анализа. Результаты Монокристаллы LiNbO 3 :Gd (0,003, 0.05 и 0,26 мас. %) были выращены методом Чохральского в воздушной атмосфере на установке промышленного типа «Кристалл 2» из платиновых тиглей. Оксид гадолиния Gd 2 O 5 в требуемом количестве вводился непосредственно в шихту ниобата лития конгруэнтного состава (R = Li/Nb = 0,9455) перед наплавлением тигля. После выращивания кристаллическая буля подвергалась послеростовому отжигу в установке «Лантан». Более детальные особенности технологии роста монокристаллов представлены в статье [4]. ИК-спектры кристаллов были зарегистрированы при одинаковых экспериментальных условиях неполяризованным инфракрасным излучением при комнатной температуре с помощью Фурье-спектрометра N icolet 6 700 (Thermo Fisher Scientific Inc., Hillsboro, OR, USA, 2010). Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2025. Т. 16, № 2. С. 108-114. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2025. Vol. 16, No. 2. P. 108-114. © Смирнов М. В., Бобрева Л. А., Титов Р. А., Палатников М. Н., 2025 109