ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ СИЛЬНО ЛЕГИРОВАННЫХ КРИСТАЛЛОВ LiNbO3:ZnО ([ZnO] ~ 4,02 – 8,91 мол.%) (М. Н. Палатников, Н. В. Сидоров, Л. А. Алешина, А. В. Кадетова, И. В. Бирюкова, О. В. Макарова)

Методами спектроскопии комбинационного рассеяния света (КРС) и полнопрофильного анализа рентгенограмм исследована эволюция кристаллической структуры, определены периоды кристаллической решетки и проанализированы модели атомной структуры кристаллов LiNbO₃:ZnО в диапазоне концентраций ZnО в расплаве ~ 4,0 – 9,0 мол. %. Показано, что с возрастанием концентрации ZnО в расплаве до ~ 6,99 мол. % период и объем элементарной ячейки уменьшаются, а при дальнейшем увеличении концентрации ZnО до ~ 7,8 мол. % ZnO в расплаве — возрастают. Уточнение профильных характеристик рентгенограмм и структурных характеристик исследуемых образцов проводили методом Ритвельда с использованием программного комплекса PDWin. Образец рассматривали как однофазный, считая, что нет интенсивных линий второй фазы, совпадающих по положениям с линиями ниобата лития. Обработка результатов показывает, что во всех исследованных кристаллах LiNbO₃:ZnО катионы Zn²⁺ занимают в конгруэнтном кристалле LiNbO₃ вакантные позиции лития. При этом вакантных мест в позиции ниобия нет. В образце, полученном при концентрации цинка в расплаве ~ 6,12 мол. %, цинк вытесняет все избыточные атомы ниобия из позиций лития, при этом сохраняются литиевые вакансии и электронейтральность кристалла. Таким образом, в кристалле LiNbO₃:ZnО (~ 6,12 мол. % ZnО в расплаве) антиструктурных дефектов NbLi в структуре кристалла нет. В кристаллах же LiNbO₃:ZnО с более высокой концентрацией ZnО антиструктурные дефекты замещения лития ниобием (NbLi) вновь появляются. При этом концентрация цинка в позициях лития практически соответствует концентрации его в кристалле LiNbO₃:ZnО. В кристалле LiNbO₃:ZnО, полученном при концентрации ZnО в расплаве ~ 7,8 мол. % параметры элементарной ячейки равны параметрам элементарной ячейки кристалла, выращенного из расплава с концентрацией ZnО в расплаве равной ~ 6,76 мол. %. Наибольшие изменения в спектрах КРС при изменении состава кристалла LiNbO₃:ZnО наблюдаются в области колебаний катионов (200 – 300 см–1), находящихся в кислородных октаэдрах ВО₆ (В: Nb⁵⁺, Li⁺, Zn²⁺) и в области колебаний атомов кислорода кислородных октаэдров (500 – 900 см^–1). Это свидетельствует об изменении порядка чередования основных, легирующих катионов и вакансий вдоль полярной оси кристалла и деформации кислородных октаэдров при легировании, а именно: их анизотропному расширению вдоль полярной оси кристалла LiNbO³:ZnО.

Ключевые слова: кристаллы, легирование, ниобата лития, комбинационное рассеяние света, нелинейнo-оптические материалы, рентгеноструктурный анализ.

Палатников Михаил Николаевич — Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева КНЦ РАН (184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок 26а), доктор технических наук, заведующий лабораторией, специалист в области материаловедения функциональных материалов. Е-mail: palat_mn@chemy.kolasc.net.ru.

Сидоров Николай Васильевич — Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева КНЦ РАН (184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок 26а), доктор физикоматематических наук, заведующий cектором, специалист в области колебательной спектроскопии. E-mail: sidorov@chemy.kolasc.net.ru.

Алёшина Людмила Александровна — Петрозаводский государственный университет (185910, Республика Карелия, г. Петрозаводск, ул. Университетская, 10а, каб. 226). кандидат физико-математических наук, доцент, специалист в области кристаллографии. Е-mail: aleshina@psu.karelia.ru.

Кадетова Александра Владимировна — Петрозаводский государственный университет (185910, Республика Карелия, г. Петрозаводск,  ул. Университетская, 10а, каб. 226), аспирант, специализируется в области физики конденсированного состояния. Е-mail: ttyc9@mail.ru.

Бирюкова Ирина Викторовна — Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева КНЦ РАН (184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок 26а), кандидат технических наук, старший научный сотрудник, специалист в области роста монокристаллов. Е-mail: birukova@chemy.kolasc.net.ru.

Макарова Ольга Викторовна — Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева КНЦ РАН (184209, Мурманская область, г. Апатиты, мкр. Академгородок 26а), кандидат технических наук, старший научный сотрудник, специалист в области оптической микроскопии. E-mail: makarova@chemy.kolasc.net.ru.

____________________________________________________________________________

№6 – 2017 г., с. 5 - 14