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

Количество линий поглощения в ИК-спектрах кристаллов LiNbO 3 :Gd (0,05 мас. %) возрастает, по сравнению со спектром LiNbOзконг (см. табл., рис. 1). Многокомпонентная структура полосы поглощения связана с тремя различными длинами О-О связи, что дает возможность шести позициям, на которых может расположиться атом водорода [3]. Расположение атомов водорода на длинных О-О связях (336 пм) приводит к резкому сдвигу ИК-спектра в длинноволновую область, что наблюдается для кристалла LiNbO 3 :Gd (0,05 мас. %) (см. рис. 1, табл.). Полоса поглощения 3 524 см-1соответствует комплексному дефекту GdLi2+-OH", а полосы поглощения 3 532 и 3 537 см-1 — комплексному дефекту GdNb2 -OH-. Появление полос поглощения в диапазоне длин волн 3 490-3 550 см-1, связано с изменением процесса вхождения легирующей примеси в структуру кристалла и свидетельствует о том, что концентрация гадолиния в кристалле LiNbO 3 :Gd (0,05 мас. %) достигает порогового значения, при котором изменяется катионная и дефектная подрешетка кристалла. Спектры кристаллов LiNbO 3 :Gd (0,003 и 0,26 мас. %), соответствуют спектру LiNbOзконг (см. рис. 1), что подтверждает наличие пороговой концентрации легирующей примеси в кристалле LiNbO 3 :Gd (0,05 мас. %). Объемная концентрация ОН--групп в исследованных кристаллах была рассчитана по методу Клавира [7]. Результаты расчета представлены в таблице. Видно, что в кристалле LiNbOзконг и LiNbO 3 :Gd (0,05 мас. %) значение концентрации ОН--групп выше, чем в остальных кристаллах. Для кристалла LiNbOзконг это объясняется большим количеством в структуре точечных дефектов NbLi и VLi-OH. В легированных кристаллах LiNbO3 наблюдается изменение вида ИК-спектра и концентрации ОН--групп, когда концентрация легирующего элемента приближается к пороговому значению , что возможно объяснить для кристалла LiNbO 3 :Gd (0,05 мас. %) различием ионных радиусов между замещающим катионом Gd3+ (0,94 А [8]) и основными катионами Li+ и N b5+ (0,76 и 0,64 А [8]) в структуре кристалла LiNbO3. Исследование методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) показало, что ионы редкоземельных металлов входят в кристаллическую решетку LiNbO 3 как в позиции Li+, так и в позиции N b5+, и в обоих случаях локальная симметрия одинакова C 3 v [9]. С точки зрения компенсации заряда, катионам редкоземельной примеси предпочтительнее занимать основные позиции N b 5+ в кристаллической структуре кристалла LiNbO3. В кристалле LiNbO 3 :Gd (0,05 мас. %) формируется два вида комплексных дефектов Gdu2+-OH- и Gd^b2--OH-, что приводит к росту содержания ОН--групп в кристалле (см. табл.). При этом происходит увеличение квазиупругих постоянных связей О-Н, увеличение частоты соответствующих валентных колебаний водородной связи (см. рис. 1 и табл.). На рисунке 2, а представлены спектры возбуждения (Аэм = 440 нм) кристаллов LiNbO 3 :Gd (0,003 и 0,05 мас. %). Спектры состоят из широких полос с максимум при 250 и 260 нм для кристаллов LiNbO 3 :Gd (0,003 мас. %) и LiNbO 3 :Gd (0,05 мас. %), также в спектре последнего наблюдается высокоинтенсивная полоса при 308 нм. Природа полосы при 260 нм связана с поглощением центров свечения NbO6 [10]. Видно, что по мере увеличения концентрации Gd с 0,003 до 0,05 мас. % происходит увеличение на 58 % интенсивности полосы при 250 нм и длинноволновое смещение положения на ДА = 10 нм. Вероятность эмиссии NbO6 групп растет за счет уменьшения количества точечных дефектов, выступающих в качестве центров тушения, при внедрении Gd в структуру кристалла. 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. -----LiNbOj.Gd .0.003мас.%1 '-возб"250*■»: ------LiNb03:Gd(0.05мас.%: (^возб'260»» ----UNb03:Gd :0.05ма&%; (*воэб=Э08•*« 200 250 300 350 400 500 600 700 800 К НМ нм Рис. 2. Спектры возбуждения (а) и спектры фотолюминесценции (б) исследуемых кристаллов © Смирнов М. В., Бобрева Л. А., Титов Р. А., Палатников М. Н., 2025 111