Влияние структурных искажений на физико-химические свойства нелинейно-оптически активных кристаллов ниобата лития двойного легирования с низким фоторефрактивным эффектом

В работе исследовались образцы ниобата лития, легированные одновременно двумя примесями: магнием и цинком. Кристаллы были получены по технологиям прямого и гомогенного легирования. Концентрации примесей в исследуемых кристаллах в случае прямого легирования: 3.74:1.09 и 4.35:1.02 мол% (Zn:Mg), гомогенного: 3.83:0.97 и 4.68:0.90 мол% (Zn:Mg). Целью работы является определение дефектной структуры кристаллов ниобата лития в зависимости от концентрации примеси и способа получения; установление взаимосвязи между структурой и функциональными свойствами. В процессе работы проводились рентгенографические исследования структурного состояния, в частности, были определены позиции примесных атомов в решётке, искажения структуры, возникающие при внедрении примесей, а также типы собственных дефектов и их концентрации в зависимости от способа легирования. Была обнаружена сверхструктура, представляющая собой области, в которых нарушается чередование катионов и образуется дефект укладки по типу ильменита. Концентрация данных дефектов составляет около 5 %. Данный результат показывает термодинамическую неустойчивость идеальной структуры ниобата лития, для стабилизации которой принципиально необходимо присутствие большого количества дефектов, в том числе и упорядоченных протяжённых дефектов. В ходе полнопрофильного анализа рентгенограмм было установлено, что кристалл, полученный методом гомогенного легирования с концентрацией цинка 4.68 мол%, имеет наименьшее количество дефектов, в том числе в пустом октаэдре, что говорит о более высокой степени структурной однородности данного кристалла по сравнению с остальными. Структурные исследования кристаллов двойного легирования катионами цинка и магния показали, что в зависимости от технологии получения кристаллов меняется их структурное состояние. Установлено, что в исследуемых кристаллах присутствуют разного рода дефекты, концентрация которых варьируется от 0.7 до 3%. Для установления эффективности применения кристаллов в нелинейной оптике необходима оценка как степени дефектности кристаллов и структурной однородности, так и непосредственного влияния образующихся дефектов на функциональные свойства. По результатам проделанной работы была подготовлена публикация «Intrinsic stacking fault of the ilmenite type in the structure of lithium niobate crystals of various compositions» и отправлена в журнал Materialia (Q1). На данный момент статья находится на рецензировании. Результаты работы были представлены с устными докладами на конференциях: XII Всероссийской школе-семинаре по проблемам физики конденсированного состояния вещества (СПФКС-22) памяти М.И. Куркина, проходившей с 24 ноября по 1 декабря, г. Екатеринбург и XV Международной конференции «Прикладная оптика-2022». Секция: оптические материалы и технологии, 15 – 16 декабря 2022 г., г. Санкт-Петербург. На основе установленных в процессе выполнения проекта связей метод легирования - концентрация элементов - модель структуры - свойства будут выработаны рекомендации для оптимизации технологии выращивания высокосовершенных кристаллов ниобата лития с существенно улучшенными оптическими характеристиками. Результаты работы внесут вклад в развитие акусто- и оптоэлектроники, а также интегральной и квантовой оптики. В образовательном процессе полученные знания будут использованы при совершенствовании курсов таких как «Структурная физика наноматериалов», «Физическое материаловедение в электронике», так и при постановке нового лабораторного практикума и разработке учебных пособий.