Литий ниобат - Lithium niobate

Литий ниобат
Linbo3 Unit Cell.png
LiNbO3.png
__ Ли+     __ Nb5+     __ О2−
Имена
Другие имена
Оксид лития ниобия, триоксид лития ниобия
Идентификаторы
3D модель (JSmol )
ChemSpider
ECHA InfoCard100.031.583 Отредактируйте это в Викиданных
Характеристики
LiNbO3
Молярная масса147,846 г / моль
Внешностьбесцветное твердое вещество
Плотность4,65 г / см3 [1]
Температура плавления 1257 ° С (2295 ° F, 1530 К)[1]
Никто
Ширина запрещенной зоны4 эВ
по 2.30, пе 2.21[2]
Структура
тригональный
R3c
3 м (C3в)
Опасности
Смертельная доза или концентрация (LD, LC):
8000 мг / кг (перорально, крыса)[3]
Если не указано иное, данные для материалов приведены в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☒N проверять (что проверитьY☒N ?)
Ссылки на инфобоксы

Литий ниобат (ЛиNbО3) является неприродным соль состоящий из ниобий, литий, и кислород. 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 торговым наименованием. линобат.[5]

Характеристики

Ниобат лития - бесцветное твердое вещество, не растворимое в воде. Оно имеет тригональный кристаллическая система, в котором отсутствует инверсионная симметрия и отображает сегнетоэлектричество, то Эффект поккельса, то пьезоэлектрический эффект, фотоупругость и нелинейно-оптический поляризуемость. Ниобат лития имеет отрицательную одноосную двулучепреломление что немного зависит от стехиометрия кристалла и от температуры. Он прозрачен для длин волн от 350 до 5200 нанометры.

Ниобат лития может быть легирован оксид магния, который увеличивает его устойчивость к оптическим повреждениям (также известным как фоторефрактивное повреждение) при легировании выше порог оптического повреждения. Другие доступные легирующие примеси: Fe, Zn, Hf, Cu, Б-г, Э, Y, Mn и B.

Рост

Монокристаллы ниобата лития можно выращивать с помощью Процесс 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]

Наночастицы

Наночастицы ниобата лития и пятиокись ниобия может производиться при низкой температуре.[8] Полный протокол подразумевает индуцированное LiH восстановление NbCl5 с последующим на месте самопроизвольное окисление до низковалентных нанооксидов ниобия. Эти оксиды ниобия подвергаются воздействию атмосферы воздуха, что приводит к образованию чистого Nb.2О5. Наконец, стабильный Nb2О5 превращается в ниобат лития LiNbO3 наночастиц при контролируемом гидролизе избытка LiH.[9] Сферические наночастицы ниобата лития диаметром около 10 нм могут быть получены пропиткой мезопористой кремнеземной матрицы смесью водного раствора LiNO3 и NH4NbO (C2О4)2 с последующим нагревом в инфракрасной печи в течение 10 мин.[10]

Приложения

Ниобат лития широко используется на рынке телекоммуникаций, например в мобильные телефоны и оптические модуляторы.[11] Это предпочтительный материал для изготовления поверхностная акустическая волна устройств. В некоторых случаях его можно заменить на танталат лития, ЛиТаО3. Другое использование в лазер удвоение частоты, нелинейная оптика, Клетки Поккельса, оптические параметрические генераторы, Q-переключение приборы для лазеров, прочее акустооптический устройства, оптические переключатели для гигагерцовых частот и т.д. Это отличный материал для изготовления оптические волноводы. Он также используется при создании оптических пространственных ФНЧ (сглаживание ) фильтры.

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 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 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)

Ниобат лития с периодической полярностью (PPLN) представляет собой кристалл ниобата лития доменной инженерии, используемый в основном для достижения квазисинхронизм в нелинейная оптика. В сегнетоэлектрик домены указывают альтернативно на + c и −c направление, с периодом обычно от 5 до 35 мкм. Более короткие периоды этого диапазона используются для генерация второй гармоники, а более длинные для оптическое параметрическое колебание. Периодический опрос может быть достигнута путем электрического полирования с периодически структурированным электродом. Контролируемый нагрев кристалла можно использовать для точной настройки согласование фаз в среде из-за небольшого изменения дисперсии в зависимости от температуры.

Периодический опрос использует наибольшее значение нелинейного тензора ниобата лития, d33 = 27 пм / В. Квазисинхронизация дает максимальную эффективность, которая составляет 2 / π (64%) от полного d33, около 17 часов / В.[16]

Другие материалы, используемые для периодический опрос широкие запрещенная зона неорганические кристаллы, такие как КТП (в результате чего периодически поляризованные КТП, ППКТП ), танталат лития, и некоторые органические материалы.

Метод периодической полировки также можно использовать для формирования поверхности наноструктуры.[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 поляризованный ниобат лития, легированный MgO (PPMgOLN), расширяет область применения до среднего уровня мощности.

Уравнения Селлмейера

В Уравнения Селлмейера для экстраординарного индекса используются для определения периода опроса и приблизительной температуры для квазисинхронизма. Jundt[19] дает

действует от 20 до 250 ° C для длин волн от 0,4 до 5 микрометры, а для большей длины волны[20]

что действительно для Т = От 25 до 180 ° C, для длин волн λ от 2,8 до 4,8 мкм.

В этих уравнениях ж = (Т − 24.5)(Т + 570,82), λ - в микрометрах, а Т находится в ° C.

В более общем плане для обычного и необычного индекса для легированного MgO ЛиNbО3:

,

с:

ПараметрыCLN, легированный 5% MgOСЛН, легированный 1% MgO
пепопе
а15.7565.6535.078
а20.09830.11850.0964
а30.20200.20910.2065
а4189.3289.6161.16
а512.5210.8510.55
а61.32×10−21.97×10−21.59×10−2
б12.860×10−67.941×10−74.677×10−7
б24.700×10−83.134×10−87.822×10−8
б36.113×10−8−4.641×10−9−2.653×10−8
б41.516×10−4−2.188×10−61.096×10−4

для конгруэнтного ЛиNbО3 (CLN) и стехиометрические ЛиNbО3 (SLN).[21]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Спецификация компании Crystal Technology, Inc.
  2. ^ "Люкс-поп". Получено 18 июня, 2010. (Значение на пD= 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, R. S .; Гейлорд, Т. К. (1985). «Ниобат лития: сводка физических свойств и кристаллической структуры». Прикладная физика A: Материаловедение и обработка материалов. 37 (4): 191–203. Дои:10.1007 / BF00614817.
  5. ^ Staebler, D.L .; Амодеи, Дж. Дж. (1972). «Термофиксированные голограммы в LiNbO.3". Сегнетоэлектрики. 3: 107–113. Дои:10.1080/00150197208235297., видел в Ага, 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. Дои:10.1007/978-3-540-70766-0. ISBN  978-3-540-70765-3.
  7. ^ Вонг, К. К. (2002). Свойства ниобата лития. Лондон, Великобритания: INSPEC. п. 8. ISBN  0 85296 799 3.
  8. ^ Grange, R .; Choi, J.W .; Hsieh, C.L .; 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:2009АпФЛ..95н3105Г. Дои:10.1063/1.3236777. Архивировано из оригинал на 2016-05-14.
  9. ^ Aufray M, Menuel S, Fort Y, Eschbach J, Rouxel D, Vincent B (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. Дои:10.1166 / jnn.2009.1087.
  10. ^ Григас, А; Каскель, С (2011). «Синтез LiNbO3 наночастицы в мезопористой матрице ». Журнал нанотехнологий Beilstein. 2: 28–33. Дои:10.3762 / bjnano.2.3. ЧВК  3045940. PMID  21977412.
  11. ^ Тони, Джеймс (2015). Фотоника ниобата лития. Артек Хаус. ISBN  978-1-60807-923-0.
  12. ^ Карраскоса М., Гарсия-Кабанес А., Джубера М., Рамиро Дж. Б. и Агулло-Лопес Ф. LiNbO3: фотоэлектрическая подложка для массивного параллельного манипулирования и формирования рисунка нанообъектов. Обзоры прикладной физики 2: 040605 0 (2015) .doi: 10.1063 / 1.4929374
  13. ^ Гарсиа-Кабанес А., Бласкес-Кастро А., Арисменди Л., Агулло-Лопес Ф. и Карраскоса М. Последние достижения в области фотоэлектрических оптоэлектронных пинцетов на основе ниобата лития. 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. ^ Blázquez-Castro A, Stockert JC, López-Arias B, Juarranz A, Agulló-López F, García-Cabañes A и Carrascosa M. Гибель опухолевых клеток, вызванная массой фотоэлектрический эффект LiNbO3: Fe при облучении видимым светом. Фотохимические и фотобиологические науки 10: 956-963 (2011) .doi: 10.1039 / c0pp00336k
  16. ^ Meyn, J.-P .; Laue, C .; Knappe, R .; Валленштейн, Р .; Фейер, М. (2001). «Изготовление периодически поляризованного танталата лития для УФ генерации с помощью диодных лазеров». Прикладная физика B. 73 (2): 111–114. Дои: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. Дои: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:2006АпФЛ..89м3111Ф. Дои: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. Дои:10.1364 / OL.22.001553. PMID  18188296.
  20. ^ LH Deng; и другие. (2006). "Улучшение уравнения Зельмайера для периодически поляризованных ЛиNbО3 кристалл с использованием генерации разностной частоты в среднем инфракрасном диапазоне ". Оптика Коммуникации. 268 (1): 110–114. Bibcode:2006OptCo.268..110D. Дои: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:2008АпФБ..91..343Г. Дои: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. Дои:10.1007/978-3-540-77965-0. ISBN  978-3-540-77963-6.

внешняя ссылка