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

Введение Практическое применение кристаллов ниобата лития (LiNbO 3 ) ограничено наличием эффекта фоторефракции. Снизить, а в некоторых случаях и подавить эффект фоторефракции возможно путем легирования кристалла ниобата лития нефоторефрактивными катионами металлов, которые обладают постоянной степенью окисления. Цинк и магний — яркие представители данной группы катионов металлов [1; 2]. Двойное легирование кристаллов ниобата лития открывает потенциальную возможность более тонкого, по сравнению с одинарным легированием, воздействия на особенности вторичной (дефектной) структуры ниобата лития. В литературе встречаются разнообразные сочетания легирующих элементов и их концентраций при получении кристаллов ниобата лития двойного легирования LiNbO3:Me1:Me2 (где Me 1 и Me 2 — катионы легирующих металлов), в том числе кристаллов состава LiNbO 3 :Zn:Mg [3-5]. В качестве методов исследования, как правило, используют спектроскопию комбинационного рассеяния света, рентгеноструктурный анализ, ИК-спектроскопию поглощения и др. При этом работ, посвященных исследованию рекомбинационных процессов в кристаллах состава LiNbO 3 :Zn:Mg, в литературе крайне мало. В связи с вышеизложенным цель данной работы — осуществить исследование люминесцентных свойств кристаллов LiNbO 3 :Zn:Mg (3,91:1,01 мол. %) и LiNbO 3 :Zn:Mg (4,48:1,04 мол. %), полученных по технологиям гомогенного и комбинированного легирования. Эксперимент Исследуемые в данной работе монокристаллы LiNbO 3 :Zn:Mg (3,91:1,01 мол. %) и LiNbO 3 :Zn:Mg (4,48:1,04 мол. %) были получены по технологии гомогенного [6] и комбинированного легирования [7] соответственно. Кристаллы были выращены на установке «Кристалл-2» методом Чохральского из расплава. После выращивания кристаллы были подвергнуты нескольким послеростовым термическим обработкам. Для исследования из монодоменизированных буль были вырезаны ориентированные в соответствии с кристаллографическими осями параллелепипеды, грани которых тщательно шлифовали и полировали. Спектры люминесценции и возбуждения исследуемых образцов были зарегистрированы в 90°-й геометрии с помощью спектрофлуориметра FL970 (Techcomp, China) в диапазоне длин волн 200-900 нм с шагом 0,2 нм. В качестве источника возбуждения люминесценции использовалась ксеноновая лампа (150 Вт). Результаты На рисунке, а представлен спектр возбуждения кристалла LiNbO 3 :Zn:Mg (3,91:1,01 мол. %) в полосе люминесценции 472 нм. Спектр содержит полосу с максимумом при 315 нм с широким плечом в коротковолновой области, которое содержит в себе дополнительные полосы в области 275 нм. Предварительное разложение спектра возбуждения кристалла LiNbO 3 :Zn:Mg (3,91:1,01 мол. %) на ряд составляющих позволило заключить, что в коротковолновом плече находится по крайне мере две полосы с максимумами при 281 и 296 нм. Полосу при 281 нм можно связать с поглощением собственных центров люминесценции (NbO6), которая, согласно литературным данным [8], наиболее приближена к ниобиевым центрам. Стоксовое смещение составляет 14 401 см-1 и несколько меньше литературных данных, где характерное значение для ниобиевых центров составляет 15 700 см-1 [8]. Полоса при 315 нм (3.94 эВ) хорошо коррелирует с шириной запрещенной зоны (прямозонный переход) кристаллов LiNbO 3 :Mg+Zn (MgO=1.0 и ZnO=4.5 мол.%) и LiNbO 3 :Mg (MgO=5-7.0 мол.%), равной 3.95 и 3.92 эВ, соответственно [4; 9]. Как известно, край собственного поглощения зависит от величины стехиометрии (R=[Li]/[Nb]), и чем ближе величина R к 1 (стехиометрический состав), тем сильнее смещается край поглощения в дальнюю УФ область [4]. Такая закономерность должна проявлять и в энергетической структуре уровней спектра возбуждения люминесценции, т.е. должно наблюдаться изменение положения полосы 315 нм при изменении состава кристалла. Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2025. Т. 16, № 2. С. 115-120. Transactions of the Kola Science Centre of r A s . Series: Engineering Sciences. 2025. Vol. 16, No. 2. P. 115-120. © Смирнов М. В., Титов Р. А., Маслобоева С. М., Палатников М. Н., 2025 116