Ниобат лития

Ниобат лития
Имена

__ Li ⁺ __ Nb ⁵⁺ __ O ^2-
Другие имена Оксид лития ниобия, триоксид лития ниобия
Идентификаторы
Количество CAS	12031-63-9^Y
3D модель ( JSmol )	Интерактивное изображение
ChemSpider	10605804^Y
ECHA InfoCard	100.031.583
PubChem CID	159404
Панель управления CompTox ( EPA )	DTXSID00894183
ИнЧИ InChI = 1S / Li.Nb.3O / q + 1 ;;;; - 1^Y Ключ: GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N^Y InChI = 1 / Li.Nb.3O / q + 1 ;;;; - 1 / rLi.NbO3 / c; 2-1 (3) 4 / q + 1; -1 Ключ: GQYHUHYESMUTHG-YHKBGIKBAK
Улыбки [Li +]. [O -] [Nb] (= O) = O
Характеристики
Химическая формула	LiNbO ₃
Молярная масса	147,846 г / моль
Появление	бесцветное твердое вещество
Плотность	4,65 г / см ³ ^[1]
Температура плавления	1257 ° С (2295 ° F, 1530 К) ^[1]
Растворимость в воде	Никто
Ширина запрещенной зоны	4 эВ
Показатель преломления ( n _D )	п _о 2.30, н _е 2,21 ^[2]
Структура
Кристальная структура	тригональный
Космическая группа	R3c
Группа точек	3m (С _3v )
Опасности
Смертельная доза или концентрация (LD, LC):
LD ₅₀ ( средняя доза )	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 ?)^YN
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]

Характеристики

Ниобат лития представляет собой бесцветное твердое вещество, не растворимое в воде. Он имеет тригональную кристаллическую систему , которая лишена инверсионной симметрии и демонстрирует 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 . ^[6]

Z-образная монокристаллическая пластина из ниобата лития

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

Тонкие пленки

Тонкопленочный ниобат лития (например, для оптических волноводов ) можно выращивать на сапфире и других подложках с использованием процесса MOCVD . ^[8] Технология известна как ниобат лития на изоляторе (LNOI). ^[9]

Наночастицы

Наночастицы ниобата лития и пятиокиси ниобия могут быть получены при низкой температуре. ^[10] Полный протокол подразумевает индуцированное LiH восстановление NbCl _{5 с} последующим самопроизвольным окислением in situ до низковалентных нанооксидов ниобия. 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. ^[11]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. ^[12]

Приложения

Ниобат лития широко используется на рынке телекоммуникаций, например, в мобильных телефонах и оптических модуляторах . ^[13] Это предпочтительный материал ^{[ почему? ]} 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 лазера , нелинейная оптика , ячейки Поккельса , оптические параметрические генераторы , устройства модуляции добротности для лазеров, другие акустооптические устройства.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. ^[14]^[15] 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. ^[16] Например, было показано, что ниобат лития с добавкой железа, возбужденный видимым светом, вызывает гибель клеток в культурах опухолевых клеток.^[17]

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 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. ^[18]

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 . ^[19]^[20]

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 ^[21] дает

${\ displaystyle {n_ {e} ^ {2} \ приблизительно 5,35583 + 4,629 \ times 10 ^ {- 7} f + {0,100473 + 3,862 \ times 10 ^ {- 8} f \ over \ lambda ^ {2} - (0,20692 -0,89 \ times 10 ^ {- 8} f) ^ {2}} + {100 + 2,657 \ times 10 ^ {- 5} f \ over \ lambda ^ {2} -11,34927 ^ {2}} - 1,5334 \ times 10 ^ {- 2} \ lambda ^ {2}}}$

действительно от 20 до 250 ° C для длин волн от 0,4 до 5 микрометров , тогда как для более длинных волн ^[22]

${n_{e}^{2}\approx 5.39121+4.968\times 10^{-7}f+{0.100473+3.862\times 10^{-8}f \over \lambda ^{2}-(0.20692-0.89\times 10^{-8}f)^{2}}+{100+2.657\times 10^{-5}f \over \lambda ^{2}-11.34927^{2}}-(1.544\times 10^{-2}+9.62119\times 10^{-10}\lambda )\lambda ^{2}}$

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 :

${n^{2}\approx a_{1}+b_{1}f+{a_{2}+b_{2}f \over \lambda ^{2}-(a_{3}+b_{3}f)^{2}}+{a_{4}+b_{4}f \over \lambda ^{2}-a_{5}^{2}}-a_{6}\lambda ^{2}}$ ,

с:

Параметры	CLN, легированный 5% MgO		СЛН, легированный 1% MgO
Параметры	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). ^[23]

Смотрите также

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

использованная литература

^ a b Спецификация компании Crystal Technology, Inc.
^ "Luxpop" . Проверено 18 июня 2010 года .(Значение при n _D = 589,2 нм, 25 ° C.)
^ «ChemIDplus - 12031-63-9 - PSVBHJWAIYBPRO-UHFFFAOYSA-N - Ниобат лития - Поиск похожих структур, синонимов, формул, ссылок на ресурсы и другой химической информации» .
^ Weis, 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 .
^ 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.
↑ Волк, Татьяна; Волеке, 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.
Перейти ↑ Wong, KK (2002). Свойства ниобата лития . Лондон, Великобритания: INSPEC. п. 8. ISBN 0 85296 799 3.
^ Эпитаксиальный рост тонких пленок ниобата лития методом твердого источника MOCVD
^ Ниобат лития-на-изоляторе (LNOI): состояние и перспективы 2012
^ 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.
^ 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 .
^ Григас, А; Каскель, С (2011). «Синтез наночастиц LiNbO 3 в мезопористой матрице» . Бейльштейнский журнал нанотехнологий . 2 : 28–33. DOI : 10.3762 / bjnano.2.3 . PMC 3045940 . PMID 21977412 .
^ Тони, Джеймс (2015). Фотоника ниобата лития . Артек Хаус. ISBN 978-1-60807-923-0.
^ 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
^ 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 /hibited8020065
^ Бласкес-Кастро А., Гарсиа-Кабаньес А. и Карраскоса М. Биологические применения сегнетоэлектрических материалов. Обзоры прикладной физики 5: 041101 (2018) .doi: 10.1063 / 1.5044472
^ 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
^ Meyn, J.-P .; Laue, C .; Knappe, R .; Wallenstein, R .; 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 .
^ 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 домена и дифференциального травления». Письма по прикладной физике . 87 (23): 233106. Bibcode : 2005ApPhL..87w3106G . DOI : 10.1063 / 1.2137877 .
^ П. Ферраро; С. Грилли (2006). «Регулирование толщины рисунка резиста для управления размером и глубиной субмикронных перевернутых доменов в ниобате лития». Письма по прикладной физике . 89 (13): 133111. Bibcode : 2006ApPhL..89m3111F . DOI : 10.1063 / 1.2357928 .
^ 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 . $n_{e}$
^ 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 .
^ О. Гейер; и другие. (2008). «Уравнения показателя преломления, зависящие от температуры и длины волны для легированного MgO конгруэнтного и стехиометрического LiNbO3». Прил. Phys. B . 91 (2): 343–348. Bibcode : 2008ApPhB..91..343G . DOI : 10.1007 / s00340-008-2998-2 .

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.

внешние ссылки

Технические данные Inrad ниобата лития

[CT-1] 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] Weis, 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; Волеке, 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] Эпитаксиальный рост тонких пленок ниобата лития методом твердого источника MOCVD

[9] Ниобат лития-на-изоляторе (LNOI): состояние и перспективы 2012

[10] 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.

[11] 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 .

[12] Григас, А; Каскель, С (2011). «Синтез наночастиц LiNbO 3 в мезопористой матрице» . Бейльштейнский журнал нанотехнологий . 2 : 28–33. DOI : 10.3762 / bjnano.2.3 . PMC 3045940 . PMID 21977412 .

[Toney-2015-13] Тони, Джеймс (2015). Фотоника ниобата лития . Артек Хаус. ISBN 978-1-60807-923-0.

[Carrascosa_M_2015-14] 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

[García-Cabañes_A_2018-15] 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 /hibited8020065

[Blázquez-Castro_A_2018-16] Бласкес-Кастро А., Гарсиа-Кабаньес А. и Карраскоса М. Биологические применения сегнетоэлектрических материалов. Обзоры прикладной физики 5: 041101 (2018) .doi: 10.1063 / 1.5044472

[Blázquez-Castro_A_2011-17] 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

[18] Meyn, J.-P .; Laue, C .; Knappe, R .; Wallenstein, R .; 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 .

[19] 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 домена и дифференциального травления». Письма по прикладной физике . 87 (23): 233106. Bibcode : 2005ApPhL..87w3106G . DOI : 10.1063 / 1.2137877 .

[20] П. Ферраро; С. Грилли (2006). «Регулирование толщины рисунка резиста для управления размером и глубиной субмикронных перевернутых доменов в ниобате лития». Письма по прикладной физике . 89 (13): 133111. Bibcode : 2006ApPhL..89m3111F . DOI : 10.1063 / 1.2357928 .

[Jundt-21] 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 . $n_{e}$

[Deng-22] 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 .

[gayer-23] О. Гейер; и другие. (2008). «Уравнения показателя преломления, зависящие от температуры и длины волны для легированного MgO конгруэнтного и стехиометрического LiNbO3». Прил. Phys. B . 91 (2): 343–348. Bibcode : 2008ApPhB..91..343G . DOI : 10.1007 / s00340-008-2998-2 .

[1]