Лютеций-алюминиевый гранат - Lutetium aluminium garnet - Wikipedia

Лютеций-алюминиевый гранат (обычно сокращенно LuAG, молекулярная формула Al5Лу3О12) представляет собой неорганическое соединение с уникальной кристаллической структурой, известное прежде всего тем, что оно используется в высокоэффективных лазерных устройствах. LuAG также полезен в синтезе прозрачная керамика.[1]

LuAG - это легируемый сцинтиллирующий кристалл, который продемонстрирует свечение после возбуждение. Сцинтилляционные кристаллы выбраны из-за высокого структурного совершенства, высокой плотности и высокого эффективного атомного номера. LuAG особенно предпочитают другие кристаллы из-за его высокой плотности и теплопроводности. LuAG имеет относительно небольшой постоянная решетки по сравнению с другими редкоземельный гранаты, что приводит к более высокой плотности, создавая кристаллическое поле с более узкой шириной линии и большим расщеплением уровней энергии при поглощении и излучении.[2] Эти свойства делают его отличным хозяином для активных ионов, таких как Yb, Tm, Er и Ho, используемых в диодной накачке. твердотельные лазеры. Плотность кристалла лютеция больше, чем у других металлов, таких как иттрий, что означает, что свойства кристалла не меняются при добавлении присадка ионы.[3] Это может быть особенно полезно для обнаружения и количественного определения частиц высоких энергий из-за их плотности и термической стабильности. Эта высокая температура плавления, а также отсутствие лютеция сделали этот кристалл менее широко используемым, чем его собратья-гранаты, несмотря на его благоприятные физические свойства.[1]

Физические свойства и структура

Лютеций-алюминиевый гранат с молекулярной формулой Al5Лу3О12, имеет сложную кубическую кристаллическую структуру. В элементарной ячейке содержится 24 атома лютеция в c узлов, 96 атомов кислорода в час сайтов, а алюминия в 16 а сайтов и 24 d места.[4]

Ион лютеция по массе ближе к лазерно-активным лантаноидам, которые используются для легирования, что означает, что теплопроводность не изменяется, как это было бы в других структурах граната при более высоких уровнях легирования. Кроме того, радиус кристалла лютеция ограничивает изменения, наблюдаемые в кристаллической структуре при наличии легирования.[1]

Физические свойства ЛуАГ[2]
Химическая формулаAl5Лу3О12
Кристальная структураКубический
Молекулярный вес851,81 г / моль
Плотность6,71 г / см ^ 3
Температура плавления1980 ˚C
Удельная теплоемкость0,419 Дж / г · К

Синтез

Лютеций-алюминиевый гранат - это искусственный кристалл, который можно выращивать с помощью технологии, разработанной около века назад. Чохральский процесс роста. Этот метод позволяет формировать монокристаллические цилиндры различных сцинтилляторов. Метод используется для выращивания кристаллов полупроводников, оксидов, фторидов и галогенидов в дополнение к кристаллам металлов.[5]

Процесс роста LuAG относительно прост из-за его кристаллографической структуры и физико-химических свойств. Однако из-за термостабильности материалов для этого роста требуется устройство, способное выдерживать высокую мощность и температуру до 2500 ˚C.[5]

Гидротермальный рост гранатов был зарегистрирован с 1960-х годов и теперь продемонстрирован для LuAG в качестве альтернативы традиционному методу плавления, применявшемуся в прошлом. Этот метод позволяет выращивать кристаллы при более низких температурах, ограничивая термически индуцированные дефекты, которые приводят к появлению оптически бесполезных кристаллов.[1]

Этот метод использовался без использования семян LuAG из-за его недоступности и стоимости. Вместо этого рост был выполнен с использованием иттрий-алюминиевый гранат кристаллы с минимальным рассогласованием решеток 0,6%. Рост производился при помощи порошка оксид лютеция (III) и сырье измельченного сапфира с 2М бикарбонат калия минерализатор с температурным градиентом 610 - 640 ˚C.[1]

Приложения

Процесс генерации с участием кристаллов алюминиевого граната осуществляется легирующими атомами, обычно редкоземельными металлами, которые занимают место нескольких атомов исходного металла в кристаллической структуре (в данном случае лютеция). Незамещенные атомы лютеция, алюминия и кислорода служат опорой для ионов допанта.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е Мур, Шерил (2015). «На пути к более глубокому пониманию выращенных гидротермальным способом гранатов и кристаллов полуторного оксида для лазерных приложений». Принты с тиграми из Университета Клемсона.
  2. ^ а б «Лютеций-алюминиевый гранат - LuAG - Lu3Al5О12". Scientificmaterials.com. Получено 2016-04-29.
  3. ^ Поцелуй, З. Дж .; Прессли, Р. Дж. (1966-10-01). «Кристаллические твердотельные лазеры». Прикладная оптика. 5 (10): 1474–86. Дои:10.1364 / АО.5.001474. ISSN  1539-4522. PMID  20057583.
  4. ^ Кувано, Ясухико; Суда, Кацуми; Исидзава, Нобуо; Ямада, Тоёаки (02.01.2004). «Рост кристаллов и свойства (Lu, Y) 3Al5O12». Журнал роста кристаллов. 260 (1–2): 159–165. Дои:10.1016 / j.jcrysgro.2003.08.060.
  5. ^ а б Yoshikawa, A .; Чани, В .; Никл, М. (2013). "Рост по Чохральскому и свойства мерцающих кристаллов". Acta Physica Polonica A. 124 (2): 250–264. Дои:10.12693 / aphyspola.124.250.

внешняя ссылка