Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Литий ниобат
Linbo3 Unit Cell.png
LiNbO3.png
__ Li +      __ Nb 5+      __ O 2-
Имена
Другие имена
Оксид лития ниобия, триоксид лития ниобия
Идентификаторы
3D модель ( JSmol )
ChemSpider
ECHA InfoCard100.031.583 Отредактируйте это в Викиданных
Характеристики
LiNbO 3
Молярная масса147,846 г / моль
Внешностьбесцветное твердое вещество
Плотность4,65 г / см 3 [1]
Температура плавления1257 ° C (2295 ° F, 1530 К) [1]
Никто
Ширина запрещенной зоны4 эВ
п о 2.30, н е 2,21 [2]
Структура
тригональный
R3c
3m (С 3v )
Опасности
Смертельная доза или концентрация (LD, LC):
8000 мг / кг (перорально, крысы) [3]
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N проверить  ( что есть   ?)проверитьY☒N
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. [4] Ниобат лития иногда называют линобатом . [5]

Свойства [ править ]

Ниобат лития - 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 [ править ]

Монокристаллы ниобата лития можно выращивать с использованием процесса Чохральского . [6]

Z-образная монокристаллическая пластина из ниобата лития

После выращивания кристалл разрезают на пластины разной ориентации. Обычные ориентации - это Z-разрез, X-разрез, Y-разрез и разрезы с повернутыми углами предыдущих осей. [7]

Наночастицы [ править ]

Наночастицы ниобата лития и пятиокиси ниобия могут быть получены при низкой температуре. [8] 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 получается чистый Nb 2 O 5 . Наконец, стабильный Nb 2 O 5 превращается в наночастицы ниобата лития LiNbO 3 во время контролируемого гидролиза избытка LiH. [9]Сферические наночастицы ниобата лития диаметром приблизительно 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 нагреванием в инфракрасном диапазоне. печь. [10]

Приложения [ править ]

Ниобат лития широко используется на рынке телекоммуникаций, например, в мобильных телефонах и оптических модуляторах . [11] Это предпочтительный материал для изготовления устройств на поверхностных акустических волнах . В некоторых случаях его можно заменить танталатом лития , Li Ta O 3 . Другое применение - удвоение частоты лазера , 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. [12] [13] Этот эффект позволяет тонко 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 множеством способов. [14] Например, было показано, что ниобат лития с добавкой железа, возбужденный видимым светом, вызывает гибель клеток в культурах опухолевых клеток.[15]

Ниобат лития с периодической полярностью (PPLN) [ править ]

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 . Периодического опроса можно добиться путем электрического опроса с периодически структурированным электродом. Контролируемый нагрев кристалла можно использовать для точной настройкисинхронизм в среде из-за небольшого изменения дисперсии с температурой.

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. [16]

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 . [17] [18]

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-полюсный ниобат лития, легированный MgO (PPMgOLN), расширяет область применения до среднего уровня мощности.

Уравнения Селлмейера [ править ]

Уравнения Селлмейера для экстраординарного индекса используются для нахождения периода опроса и приблизительной температуры для квазисинхронизма. Юндт [19] дает

действительно от 20 до 250 ° C для длин волн от 0,4 до 5 микрометров , тогда как для более длинных волн [20]

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:

ПараметрыCLN, легированный 5% MgOСЛН, легированный 1% MgO
н еп он е
а 15,7565,6535,078
а 20,09830,11850,0964
а 30,20200,20910,2065
а 4189,3289,6161,16
а 512,5210,8510,55
а 61,32 × 10 −21,97 × 10 −21,59 × 10 −2
б 12,860 × 10 −67,941 × 10 −74,677 × 10 −7
б 24,700 × 10 −83,134 × 10 −87,822 × 10 −8
б 36,113 × 10 −8−4,641 × 10 −9−2,653 × 10 −8
б 41,516 × 10 −4−2,188 × 10 −61,096 × 10 −4

для конгруэнтного Li Nb O 3 (CLN) и стехиометрического Li Nb O 3 (SLN). [21]

См. Также [ править ]

  • Кристалл
  • Кристальная структура
  • Кристаллит
  • Кристаллизация и инженерные аспекты
  • Семенной кристалл
  • Монокристалл
  • Рост пьедестала с лазерным нагревом
  • Micro-Pulling-Down

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Спецификация компании Crystal Technology, Inc.
  2. ^ "Luxpop" . Проверено 18 июня 2010 года .(Значение при n D = 589,2 нм, 25 ° C.)
  3. ^ «ChemIDplus - 12031-63-9 - PSVBHJWAIYBPRO-UHFFFAOYSA-N - Ниобат лития - Поиск похожих структур, синонимов, формул, ссылок на ресурсы и другой химической информации» .
  4. ^ Вайс, RS; Гейлорд, Т.К. (1985). «Ниобат лития: сводка физических свойств и кристаллической структуры». Прикладная физика A: Материаловедение и обработка материалов . 37 (4): 191–203. DOI : 10.1007 / BF00614817 .
  5. ^ Staebler, DL; Амодеи, Дж. Дж. (1972). «Термофиксированные голограммы в LiNbO 3 ». Сегнетоэлектрики . 3 : 107–113. DOI : 10.1080 / 00150197208235297 ., видел в Yeh, Почи; Гу, Клэр, ред. (1995). Основные статьи по фоторефрактивной нелинейной оптике . World Scientific. п. 182. ISBN. 9789814502979.
  6. ↑ Волк, Татьяна; Wohlecke, Манфред (2008). Ниобат лития: дефекты, фоторефракция и сегнетоэлектрическое переключение . Springer. С. 1–9. DOI : 10.1007 / 978-3-540-70766-0 . ISBN 978-3-540-70765-3.
  7. Перейти ↑ Wong, KK (2002). Свойства ниобата лития . Лондон, Великобритания: INSPEC. п. 8. ISBN 0 85296 799 3.
  8. ^ Grange, R .; Чой, JW; Hsieh, CL; Pu, Y .; Magrez, A .; Smajda, R .; Форро, Л .; Псалтис, Д. (2009). «Нанопроволоки ниобата лития: синтез, оптические свойства и манипуляции» . Письма по прикладной физике . 95 (14): 143105. Bibcode : 2009ApPhL..95n3105G . DOI : 10.1063 / 1.3236777 . Архивировано из оригинала на 2016-05-14.
  9. ^ Aufray МЫ, Menuel S, Форт Y, Эшбы J, D Rouxel, Винсент В (2009). «Новый синтез наноразмерных оксидов ниобия и частиц ниобата лития и их характеристика методом РФЭС». Журнал нанонауки и нанотехнологий . 9 (8): 4780–4789. CiteSeerX 10.1.1.465.1919 . DOI : 10,1166 / jnn.2009.1087 . 
  10. ^ Григас, А; Каскель, С (2011). «Синтез наночастиц LiNbO 3 в мезопористой матрице» . Журнал нанотехнологий Бейльштейна . 2 : 28–33. DOI : 10.3762 / bjnano.2.3 . PMC 3045940 . PMID 21977412 .  
  11. ^ Тони, Джеймс (2015). Литий ниобат Фотоника . Артек Хаус. ISBN 978-1-60807-923-0.
  12. ^ Карраскос М, Гарсиа-Cabanes А, Jubera М, Рамиро JB и Agulló-Лопес Ф. LiNbO3: тильная субстрат для массивной параллельной манипуляции и кучности нано-объектов. Обзоры прикладной физики 2: 040605 0 (2015) .doi: 10.1063 / 1.4929374
  13. ^ Гарсиа-Cabanes A, Blazquez-Кастро, Arizmendi L, Agulló-Лопеса F и Карраскоса M. Последние достижения на фотоэлектрической оптоэлектронные пинцетоснове лития ниобата. Кристаллы 8:65 (2018) .doi: 10.3390 /asted8020065
  14. ^ Бласкес-Кастро А., Гарсиа-Кабаньес А. и Карраскоса М. Биологические применения сегнетоэлектрических материалов. Обзоры прикладной физики 5: 041101 (2018) .doi: 10.1063 / 1.5044472
  15. ^ Blazquez-Кастро, Stockert JC, Лопес-Ариас В, Juarranz А, Agulló-Лопес F, Гарсиа-Cabanes А и Карраскос М. смерть опухолевых клетокиндуцированная объемный фотоэлектрический эффект в LiNbO3: Fe при облучении видимого света. Фотохимические и фотобиологические науки 10: 956-963 (2011) .doi: 10.1039 / c0pp00336k
  16. ^ Meyn, J.-P .; Laue, C .; Knappe, R .; Валленштейн, Р .; Фейер, ММ (2001). «Изготовление периодически поляризованного танталата лития для УФ генерации с помощью диодных лазеров». В прикладной физике . 73 (2): 111–114. DOI : 10.1007 / s003400100623 .
  17. ^ С. Грилли; П. Ферраро; П. Де Натале; Б. Тирибилли; М. Вассалли (2005). «Поверхностные наноразмерные периодические структуры в конгруэнтном ниобате лития путем формирования структуры с обращением доменов и дифференциального травления». Письма по прикладной физике . 87 (23): 233106. Bibcode : 2005ApPhL..87w3106G . DOI : 10.1063 / 1.2137877 .
  18. ^ П. Ферраро; С. Грилли (2006). «Регулирование толщины рисунка резиста для управления размером и глубиной субмикронных обращенных доменов в ниобате лития». Письма по прикладной физике . 89 (13): 133111. Bibcode : 2006ApPhL..89m3111F . DOI : 10.1063 / 1.2357928 .
  19. ^ Дитер Х. Юндт (1997). «Температурное уравнение Селлмейера для показателя преломления в конгруэнтном ниобате лития». Письма об оптике . 22 (20): 1553–5. Bibcode : 1997OptL ... 22.1553J . DOI : 10.1364 / OL.22.001553 . PMID 18188296 . 
  20. ^ LH Deng; и другие. (2006). «Улучшение уравнения Селлмейера для кристалла Li Nb O 3 с периодической полярностью с использованием генерации разностной частоты в средней инфракрасной области». Оптика Коммуникации . 268 (1): 110–114. Bibcode : 2006OptCo.268..110D . DOI : 10.1016 / j.optcom.2006.06.082 .
  21. ^ О. Гейер; и другие. (2008). «Уравнения показателя преломления, зависящие от температуры и длины волны для легированного MgO конгруэнтного и стехиометрического LiNbO3». Appl. Phys. B . 91 (2): 343–348. Bibcode : 2008ApPhB..91..343G . DOI : 10.1007 / s00340-008-2998-2 .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Ферраро, Пьетро; Грилли, Симонетта; Де Натале, Паоло, ред. (2009). Сегнетоэлектрические кристаллы для фотонных приложений, включая наноразмерные методы изготовления и характеристики . Серия Спрингера по материаловедению. 91 . DOI : 10.1007 / 978-3-540-77965-0 . ISBN 978-3-540-77963-6.

Внешние ссылки [ править ]

  • Технические данные Inrad ниобата лития