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

Проявление дополнительной полосы при 308 нм кристалла LiNbO 3 :Gd (0,05 мас. %) можно связать с поглощением иона Gd3+, так как спектральное положение переходов sS?/ 2 — 6P j (J = 3/2, 5/2 и 7/2) попадает в область 307-315 нм [11]. Наличие данной полосы говорит о том, что существует эффективный трансфер энергии между Gd и NbO6 группами в структуре кристалла. Кроме того, широкая полоса при 308 нм может перекрываться с краем собственного поглощения, который является источником экситонных пар при возбуждении и участии их в передаче энергии центрам люминесценции NbO6. Однако исследования в области фундаментального поглощения кристаллов LiNbO 3 :Gd с концентрацией Gd < 0,05 мас. % ранее не проводились. Вопрос об участии экситонных пар в эмиссии NbO6 групп пока остается открытым. В работе [12] полоса при 305 нм также наблюдается в порошках LiNbO3, полученных с 2 % избытком Nb 2 O 5 , и в кристалле LiNbO 3 номинально чистого состава, и авторы работы связали ее с дефектами Nbbi. Следовательно, данная полоса должна присутствовать в спектре при концентрации Gd = 0,003 мас. %, так как в технологическом цикле использовали шихту ниобата лития конгруэнтного состава (R = 0,9455) и в структуре кристалла будет достаточно дефектов NbLi для ее проявления в спектре возбуждения. Однако полоса при 308 нм появляется только при концентрации Gd = 0,05 мас. %. Это может быть связано с отсутствием трансфера энергии между центрами люминесценции N b bO и NbO6. С другой стороны, возможно, существуют другие центры люминесценции, так как характерная полоса в спектре проявляется также в керамике GdNbO4 [11]. Следует отметить, что в структуре данной керамики нет других кислородных октаэдров или тетраэдров, которые могли бы занять атомы Nb и образовать вторичные центры люминесценции с полосой возбуждения при 308 нм. Следовательно, данная полоса может быть связана с NbO6 групп, вблизи которых находятся заряженные дефекты. Стоит отметить, что появление полосы при 308 нм коррелирует с данными по ИК-спектроскопии, где при данной концентрации легирующей примеси происходит изменение дефектной структуры кристалла. На рисунке 2, б представлены спектры фотолюминесценции кристаллов LiNbO 3 :Gd (0,003 и 0,05 мас. %). На спектрах присутствует ассиметричная широкая люминесцентная полоса с максимумом при 445 и 464 нм для LiNbO 3 :Gd (0,003 мас. %) и LiNbO 3 :Gd (0,05 мас. %) соответственно. Увеличение концентрации Gd приводит к увеличению интенсивности люминесценции на 62 %. При этом ширина полосы люминесценции уменьшается с 142 до 110 нм, что говорит о меньшем числе центров свечения, взаимодействующих с собственными дефектами, в связи с локализацией ионов Gd в структуре кристалла. Рост интенсивности люминесценции при 464 нм может быть обусловлен увеличением стехиометрии кристалла. В работе [10] было установлено, что с ростом стехиометрии интенсивность люминесценции увеличивается, аналогичная закономерность наблюдалась при увеличении концентрации Zn и Mg в структуре кристалла. По-видимому, ионы Gd3+ изначально локализуются в литиевых позициях, одновременно уменьшаются дефекты Nbbi с ростом концентрации Gd вплоть до 0,05 мас. % и, как следствие, стехиометрия кристалла растет. Это приводит к интенсивной люминесценции центров люминесценции NbO6. Стоит отметить, что фоторефрактивный эффект, один из вкладов в который вносят дефекты Nbbi, подавляется в кристаллах LiNbO 3 :Gd при концентрациях Gd > 0,05 мас. % [13]. Интенсивность люминесценции максимальна при возбуждении в полосе 308 нм, и в спектре фотолюминесценции кристалла LiNbO 3 :Gd (0,05 мас. %) наблюдается широкая полоса с максимумом при 480 нм. Причина такого роста люминесценции в видимой области обусловлена эффективным трансфером энергии между Gd и собственными центрами люминесценции типа NbO6 групп. Выводы Методом ИК-спектроскопии установлено, что полосы поглощения в области валентных колебаний ОН--групп смещаются в область 3 490-3 550 см-1 в кристалле LiNbO 3 :Gd (0,05 мас. %) и это обусловлено пороговой концентрацией легирующей примеси, при которой изменяется дефектная структура кристалла. В кристалле LiNbO 3 :Gd (0,05 мас. %) образуются комплексные дефекты Gdu-OH и GdNb-OH, и он имеет самую высокую концентрацию ОН--групп в серии LiNbO 3 :Gd. Увеличение концентрации Gd c 0,003 до 0,05 мас. %, помимо полосы при 250-260 нм в спектре возбуждения, связанной с поглощением собственных центров люминесценции NbO6, приводит Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2025. Т. 16, № 2. С. 108-114. Transactions of the Kola Science Centre of r A s . Series: Engineering Sciences. 2025. Vol. 16, No. 2. P. 108-114. © Смирнов М. В., Бобрева Л. А., Титов Р. А., Палатников М. Н., 2025 112