Ниобат лития - Lithium niobate
|
|
 |
|
| Имена | |
|---|---|
| Другие названия
Оксид лития ниобия, триоксид лития ниобия
|
|
| Идентификаторы | |
|
3D модель ( JSmol )
|
|
| ChemSpider | |
| ECHA InfoCard |
100.031.583 
|
|
PubChem CID
|
|
|
Панель управления CompTox ( EPA )
|
|
|
|
|
|
| Характеристики | |
| LiNbO 3 | |
| Молярная масса | 147,846 г / моль |
| Появление | бесцветное твердое вещество |
| Плотность | 4,65 г / см 3 |
| Температура плавления | 1257 ° С (2295 ° F, 1530 К) |
| Никто | |
| Ширина запрещенной зоны | 4 эВ |
|
Показатель преломления ( n D )
|
п о 2.30, н е 2,21 |
| Состав | |
| тригональный | |
| R3c | |
| 3m (С 3v ) | |
| Опасности | |
| Смертельная доза или концентрация (LD, LC): | |
|
LD 50 ( средняя доза )
|
8000 мг / кг (перорально, крыса) |
|
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). |
|
 проверить ( что есть ?)
  |
|
| Ссылки на инфобоксы | |
Ниобат лития ( Li Nb O 3 ) - это не встречающаяся в природе соль, состоящая из ниобия , лития и кислорода . Его монокристаллы являются важным материалом для оптических волноводов, мобильных телефонов, пьезоэлектрических датчиков, оптических модуляторов и различных других линейных и нелинейных оптических приложений. Ниобат лития иногда называют линобатом .
Характеристики
Ниобат лития представляет собой бесцветное твердое вещество, не растворимое в воде. Он имеет тригональную кристаллическую систему , которая лишена инверсионной симметрии и отображает сегнетоэлектричество , эффект Поккельса , пьезоэлектрический эффект, фотоупругость и нелинейную оптическую поляризуемость. Ниобат лития имеет отрицательное одноосное двулучепреломление, которое незначительно зависит от стехиометрии кристалла и температуры. Он прозрачен для длин волн от 350 до 5200 нанометров .
Ниобат лития может быть легирован оксидом магния , который увеличивает его устойчивость к оптическому повреждению (также известному как фоторефрактивное повреждение) при легировании выше порога оптического повреждения . Другие доступные легирующие добавки являются Fe , Zn , Hf , Cu , Gd , Er , Y , Mn и B .
Рост
Монокристаллы ниобата лития можно выращивать с помощью процесса Чохральского .
После выращивания кристалл разрезают на пластины разной ориентации. Обычные ориентации - это Z-разрез, X-разрез, Y-разрез и разрезы с повернутыми углами предыдущих осей.
Тонкие пленки
Тонкопленочный ниобат лития (например, для оптических волноводов ) можно выращивать на сапфире и других подложках с использованием процесса MOCVD . Эта технология известна как ниобат лития на изоляторе (LNOI).
Наночастицы
Наночастицы ниобата лития и пятиокиси ниобия могут быть получены при низкой температуре. Полный протокол подразумевает индуцированное LiH восстановление NbCl 5 с последующим самопроизвольным окислением in situ в нанооксиды ниобия с низкой валентностью. Эти оксиды ниобия подвергаются воздействию атмосферы воздуха, в результате чего образуется чистый Nb 2 O 5 . Наконец, стабильный Nb 2 O 5 превращается в наночастицы ниобата лития LiNbO 3 во время контролируемого гидролиза избытка LiH. Сферические наночастицы ниобата лития диаметром примерно 10 нм могут быть получены путем пропитки мезопористой кремнеземной матрицы смесью водного раствора LiNO 3 и NH 4 NbO (C 2 O 4 ) 2 с последующим 10-минутным нагревом в инфракрасном диапазоне. печь.
Приложения
Ниобат лития широко используется на рынке телекоммуникаций, например, в мобильных телефонах и оптических модуляторах . Это предпочтительный материал для изготовления устройств на поверхностных акустических волнах . Для некоторых применений она может быть заменена танталатом литии , Li Ta O 3 . Другие области применения - удвоение частоты лазеров , нелинейная оптика , ячейки Поккельса , оптические параметрические генераторы , устройства модуляции добротности для лазеров, другие акустооптические устройства, оптические переключатели для гигагерцовых частот и т. Д. Это отличный материал для изготовления оптических волноводов . Он также используется при создании оптических пространственных фильтров нижних частот ( сглаживания ).
В последние несколько лет ниобат лития находит применение в качестве своего рода электростатического пинцета, метод, известный как оптоэлектронный пинцет, поскольку для его эффекта требуется световое возбуждение. Этот эффект позволяет точно манипулировать частицами микрометрового размера с высокой гибкостью, поскольку выщипывание ограничивается освещенной областью. Эффект основан на очень сильных электрических полях, возникающих при освещении (1–100 кВ / см) внутри освещенного пятна. Эти интенсивные области также находят применение в биофизике и биотехнологии, поскольку они могут влиять на живые организмы различными способами. Например, было показано, что ниобат лития с добавкой железа, возбужденный видимым светом, вызывает гибель клеток в культурах опухолевых клеток.
Ниобат лития с периодической полярностью (PPLN)
Ниобат лития с периодической полярностью ( PPLN ) представляет собой кристалл ниобата лития доменной инженерии, используемый в основном для достижения квазисинхронизма в нелинейной оптике . В сегнетоэлектрических доменах указуют в качестве альтернативы к + с и -c направления, с периодом , как правило , от 5 до 35 мкм . Более короткие периоды этого диапазона используются для генерации второй гармоники , а более длинные - для оптических параметрических колебаний . Периодическое полирование может быть достигнуто за счет электрического полирования с периодически структурированным электродом. Контролируемый нагрев кристалла можно использовать для точной настройки фазового синхронизма в среде из-за небольшого изменения дисперсии в зависимости от температуры.
Периодический опрос использует наибольшее значение нелинейного тензора ниобата лития, d 33 = 27 пм / В. Квазисинхронизация дает максимальную эффективность, которая составляет 2 / π (64%) от полного d 33 , около 17 пм / В.
Другими материалами, используемыми для периодической полировки, являются неорганические кристаллы с широкой запрещенной зоной, такие как KTP (что приводит к периодически поляризованным KTP , PPKTP ), танталат лития и некоторые органические материалы.
Метод периодического полирования также может быть использован для формирования поверхностных наноструктур .
Однако из-за низкого порога фоторефрактивного повреждения PPLN находит лишь ограниченное применение: при очень низких уровнях мощности. Ниобат лития, легированный MgO, получают методом периодической полярности. Таким образом, периодически поляризованный ниобат лития, легированный MgO (PPMgOLN), расширяет область применения до среднего уровня мощности.
Уравнения Селлмейера
Уравнения Селлмейера для экстраординарного индекса используются для определения периода опроса и приблизительной температуры для квазисинхронизма. Юндт дает
действительно от 20 до 250 ° C для длин волн от 0,4 до 5 микрометров , тогда как для более длинных волн,
что справедливо для Т = 25–180 ° C, для длин волн λ от 2,8 до 4,8 мкм.
В этих уравнениях f = ( T - 24,5) ( T + 570,82), λ - в микрометрах, а T - в ° C.
В более общем плане для обычного и необычного показателя для Li Nb O 3, легированного MgO :
,
с:
| Параметры | CLN, легированный 5% MgO | СЛН, легированный 1% MgO | |
|---|---|---|---|
| н е | п о | н е | |
| а 1 | 5,756 | 5,653 | 5,078 |
| а 2 | 0,0983 | 0,1185 | 0,0964 |
| а 3 | 0,2020 | 0,2091 | 0,2065 |
| а 4 | 189,32 | 89,61 | 61,16 |
| а 5 | 12,52 | 10,85 | 10,55 |
| а 6 | 1,32 × 10 −2 | 1,97 × 10 −2 | 1,59 × 10 −2 |
| б 1 | 2,860 × 10 −6 | 7,941 × 10 −7 | 4,677 × 10 −7 |
| б 2 | 4,700 × 10 −8 | 3,134 × 10 −8 | 7,822 × 10 −8 |
| б 3 | 6,113 × 10 −8 | −4,641 × 10 −9 | −2,653 × 10 −8 |
| б 4 | 1,516 × 10 −4 | −2,188 × 10 −6 | 1,096 × 10 −4 |
для конгруэнтного Li Nb O 3 (CLN) и стехиометрического Li Nb O 3 (SLN).
Смотрите также
использованная литература
дальнейшее чтение
- Ферраро, Пьетро; Грилли, Симонетта; Де Натале, Паоло, ред. (2009). Сегнетоэлектрические кристаллы для фотонных приложений, включая методы изготовления и характеристики в наномасштабе . Серия Спрингера по материаловедению. 91 . DOI : 10.1007 / 978-3-540-77965-0 . ISBN 978-3-540-77963-6 .