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

Abstract The paper presents comparative studies of the results obtained by the methods of IR absorption spectroscopy, photoluminescence and Raman scattering of LiNbO3:Zn (0,04-2,01 mol. % ZnO) crystals. It has been established that Zn doping reduces complex OH-group defects. This is confirmed by the fact that the volume concentration of OH-groups decreases. It has been shown that the decrease in the luminescence intensity in LiNbO3:Zn (0,04-2,01 mol. % ZnO) crystals is associated with a decrease in the concentration of Nbu point defects when Zn is introduced into lithium positions. Anomalous behavior of luminescence intensity was found in LiNbO3:Zn (1,39 mol. % ZnO) crystal. This correlates well with weakly expressed concentration threshold according to Raman spectroscopy data. Thus, it has been shown that the use of the photoluminescence method in conjunction with Raman spectroscopy in the study of concentration series of crystals can be extremely informative from the standpoint of analyzing changes in the secondary structure of doped crystals. Keywords: lithium niobate, zinc doping, concentration threshold, Raman spectroscopy, photoluminescence, IR absorption spectroscopy Funding: The state assignment of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (registration number FMEZ-2025-0055). For citation: Manifestation of a weak concentration threshold in LiNbO3:Zn (0,04-2,01 mol. % ZnO) crystals / A. A. Gabain [et al.] // Transactions of the Коіа Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2025. Vol. 16, No. 2. P. 95-101. doi:10.37614/2949-1215.2025.16.2.016. Введение Легирование металлическими элементами позволяет регулировать соотношение собственных и примесных точечных дефектов в кристаллах ниобата лития (LiNbOs), порядок расположения катионов вдоль полярной оси кристалла и геометрию кислородно-октаэдрических кластеров МеОб в зависимости от концентрации легирующей примеси [1; 2]. Кроме того, легирование приводит к изменению композиционной однородности и оптических свойств кристаллов ниобата лития. В частности, при легировании кристалла LiNbO 3 катионами цинка (Zn2+) или магния (Mg2+) уменьшается фоторефрактивный эффект и величина коэрцитивного поля (с ~21 кВ/мм для LiNbOзконг до ~4,6 и ~1,4 кВ/мм для LiNbO 3 :Mg и LiNbO 3 :Zn соответственно) [3; 4]. Спектры комбинационного рассеяния света (КРС) являются чувствительными к процессам разупорядочения катионной подрешетки и деформации кислородных октаэдров Об кристалла LiNbO3, которые происходят при изменении состава кристалла [1]. В работах [5; 6] по изменению в спектрах КРС кристаллов LiNbO 3 :Zn (o,o4-5,84 мол. % ZnO в кристалле) параметра полуширины линий с частотами 630 и 876 см '1, соответствующих колебаниям атомов кислорода кислородных октаэдров А і(ТО )-типа симметрии и валентным мостиковым колебаниям атомов кислорода A i(LO )-ra rn симметрии [1; 7], было обнаружено следующее. Количество изломов в концентрационном поведении ширин линий с частотами 630 см-1 Аі(ТО) и 876 см-1 Ai(LO) (пять изломов [5; 6]) существенно превышает количество порогов (3,95 и 5,19п мол. % ZnO в кристалле), известных из литературных данных [2; 8-10]. Если два излома на вышеупомянутой концентрационной зависимости соответствуют первому концентрационному порогу (КП, 3,95 мол. % ZnO в кристалле (5,38 мол. % ZnO в расплаве)) и основному КП (5,19 мол. % ZnO в кристалле (6,76 мол. % ZnO в расплаве)), то оставшиеся три излома, таким образом, должны соответствовать слабовыраженным КП (кристаллы состава LiNbO 3 :Zn (1,39; 3,43 и 5,19ш мол. % ZnO в кристалле)) [5]. В связи с этим представляет интерес исследовать возможность обнаружения и проявления слабовыраженного КП на основании результатов спектроскопии КРС, методами ИК-спектроскопии поглощения в области валентных колебаний ОН-групп и фотолюминесценции в ряду кристаллов LiNbO 3 :Zn (o ,o4 -2 ,o i мол. % ZnO в кристалле). Эксперимент Кристаллы LiNbO 3 :Zn (o,o4-2,01 мол. % ZnO в кристалле) были выращены из легированной цинком шихты конгруэнтного состава (ТУ 0.027.039, R = [Li]/[Nb] = 0,946), полученной методом прямого легирования оксидом цинка (подробный обзор дан в работе [5]). Спектры ИК-поглощения были зарегистрированы на Фурье-спектрометре IFS 66 v/s фирмы Bruker. Измерения проводились Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2025. Т. 16, № 2. С. 95-101. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2025. Vol. 16, No. 2. P. 95-101. 96 © Габаин А. А., Бобрева Л. А., Титов Р. А., Смирнов М. В., Сидоров Н. В., Палатников М. Н., 2025