Comparative studies of photoluminescent and optical properties, concentration of OH- groups in double-doped LiNbO3: Er:Zn crystals

封面

如何引用文章

全文:

详细

A comparative analysis of the photoluminescent properties, concentration of OH- -groups and optical quality of double-doped crystals obtained from charges of different genesis has been performed. In a LiNbO3:Er (0,53 mol.%): Zn (4,02 mol.%) crystal obtained by solid-phase doping, the content of OH- -groups is higher than in a LiNbO3:Er (0,75 mol.%): Zn (3,82 mol.%) crystal obtained by homogeneous doping. These changes occur as a result of the simultaneous formation of two types of complex defects in the LiNbO3:Er (0,53 mol.%): Zn (4,02 mol.%) crystal structure: ZnNb3--OH and VLi-OH . It has been established that photoluminescence in the visible region is caused by radiative transitions of Er 3+ without the manifestation of the host’s own luminescence in the studied crystals. For the LiNbO3:Er:Zn crystal obtained by solid-phase doping, the luminescence intensity is 77% higher than in the crystal obtained by homogeneous doping. This may be due to the participation of OH- -groups in the energy transfer between the host and the Er 3+ ions.

作者简介

Lubov' Bobreva

Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials - Subdivision of the Federal Research Centre «Kola Science Centre of the RAS»

Email: l.bobreva@ksc.ru
Ph. D., Researcher, Vibrational Spectroscopy Sector of the Electronic Engineering Materials Laboratory

Roman Titov

Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials - Subdivision of the Federal Research Centre «Kola Science Centre of the RAS»

Ph. D., Junior Researcher, Vibrational Spectroscopy Sector of the Electronic Engineering Materials Laboratory

Maxim Smirnov

Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials - Subdivision of the Federal Research Centre «Kola Science Centre of the RAS»

Ph. D., Researcher, Vibrational Spectroscopy Sector of the Electronic Engineering Materials Laboratory

Irina Biryukova

Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials - Subdivision of the Federal Research Centre «Kola Science Centre of the RAS»

Ph. D., Leading Researcher, Materials of the Electronic Engineering Laboratory

Sofja Masloboeva

Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials - Subdivision of the Federal Research Centre «Kola Science Centre of the RAS»

Ph. D., Assistant Professor, Leading Researcher, Materials of the Electronic Engineering Laboratory

Alexander Pyatyshev

P.N. Lebedev Physical Institute of the RAS

Ph. D., Senior Researcher, Laboratory of Raman Light Scattering

Nikolay Sidorov

Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials - Subdivision of the Federal Research Centre «Kola Science Centre of the RAS»

Dr. Sc., Professor, Chief Researcher and as Head of Vibrational Spectroscopy Sector of the Electronic Engineering Materials Laboratory

Mikhail Palatnikov

Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials - Subdivision of the Federal Research Centre «Kola Science Centre of the RAS»

Dr. Sc., Chief Researcher and as Head of the Electronic Engineering Materials Laboratory

参考

  1. Chen, F. 2.7 μm mid-infrared Er-doped thin-film LiNbO3-on-insulator photonic wire laser / F. Chen, Q. Xu, Z.-X. Chen et al. // Optical Materials. - 2023. - V. 140. - Art. № 113844. - 6 p. doi: 10.1016/j.optmat.2023.113844.
  2. Muñoz, I.C. Synthesis and thermoluminescence of erbium-activated lithium niobate / I.C. Muñoz, M.A. Landavazo, F. Brown et al. // Applied Radiation and Isotopes. - 2018. - V. 142. - P. 64-70. doi: 10.1016/j.apradiso.2018.09.020.
  3. Dai, L. Effect of zirconium content on defect structure and light damage resistance of Zr:Dy:LiNbO3 / L. Dai, L. Zhang, H. Wang, N. Lai // Crystal Research Technology - 2024. - V. 59. - I. 6. - Art. № 2300255. - 9 p. doi: 10.1002/crat.202300255.
  4. Сидоров, Н.В. Ниобат лития: дефекты, фоторефракция, колебательный спектр, поляритоны / Н.В. Сидоров, Т.Р. Волк, Б.Н. Маврин, В.Т. Калинников. - М.: Наука, 2003. - 255 с.
  5. Lеngyel, K. Growth, defect structure, and THz application of stoichiometric lithium niobate / K. Lengyel, Á. Péter, L. Kovács et al. // Applied Physics Reviews. - 2015. - V. 2. - I. 4. - Р. 040601-1-040601-28. doi: 10.1063/1.4929917.
  6. Iyi, N.Comparative study of defect structures in lithium niobate with different compositions / N. Iyi, K. Kitamura, F. Izumi et al. // Journal of Solid State Chemistry. - 1992. - V. 101. - I. 2.- P. 340-352. doi: 10.1016/0022-4596(92)90189-3.
  7. Палатников, М.Н. Фундаментальные аспекты технологии сильно легированных кристаллов ниобата лития / М.Н. Палатников, Н.В. Сидоров, О.В. Макарова, И.В. Бирюкова. - Апатиты: КНЦ РАН, 2017. - 241 с.
  8. Zhao, L.-J. Enhancement of Er3+ Luminescence in LiNbO3:Mg / L.-J. Zhao, J. Yang, J.-J. Xu et al. // Crystals. Chinese Physics Letters. - 2001. - V. 18. - I. 9.- Р. 1205-1207. doi: 10.1088/0256-307X/18/9/316.
  9. Biryukova, I.V. Study of the effect of dopant concentration on the optical uniformity and photorefractive properties of LiNbO3:Er:Zn single crystals / I.V. Biryukova, R.A. Titov, N.A. Teplyakova et al. // Technical Physics. - 2023. - V. 68. - I. 11. - P. 1459-1467. doi: 10.61011/TP.2023.11.57496.162-23.
  10. Masloboeva, S.M. Preparation and characterization of lithium niobate single crystals doped with zinc and erbium / S.M. Masloboeva, I.N. Efremov, I.V. Biryukova et al. // Inorganic Materials. - 2021. - V. 57. - I. 7. - P. 701-709. doi: 10.1134/S0020168521070116.
  11. Sommerfeldt, R. The light-induced charge transport in LiNbO3:Mg,Fe crystals / R. Sommerfeldt, L. Holtman, E. Krätzig, B.C. Grabmaier // Ferroelectrics. - 1989. - V. 92. - I. 1. - P. 219-225. doi: 10.1080/00150198908211329.
  12. Tsuboi, T. Spectral properties of Yb3+ ions in LiNbO3 single crystals: influences of other rare-earth ions, OH- ions, and γ-irradiation / T. Tsuboi, S.M. Kaczmarek, G. Boulon // Journal of Alloys and Compounds. - 2004. - V. 380. - I. 1-2. - Р. 196-200. doi: 10.1016/J.JALLCOM.2004.03.043.
  13. Mandari, K.K. Rare earth metal Gd influenced defect sites in N doped TiO2: defect mediated improved charge transfer for enhanced photocatalytic hydrogen production / K.K. Mandari, A.K.R. Police, J.Y. Do et al. // International Journal of Hydrogen Energy. - 2018. - V. 43. - I. 4. - Р. 2073-2082. doi: 10.1016/J.IJHYDENE.2017.12.050.
  14. Zhang, D.-L. Er3+ upconversion fluorescence of ErNbO4 phosphor for optical temperature sensing / D.-L. Zhang, Z.-P. Hou, F. Han et al. // IEEE Photonics Technology Letters. - 2014. - V. 26. - I. 16. - P. 1601-1604. doi: 10.1109/LPT.2014.2328094.
  15. Zhang, D.-L. Absorption and emission characteristics of Er3NbO7 phosphor: a comparison with ErNbO4 phosphor and Er:LiNbO3 single crystal / D.-L. Zhang, P.-R. Hua, Y.-M. Cui et al. // Journal of Luminescence. - 2007. - V. 127. - I. 2. - P. 453-460. doi: 10.1016/j.jlumin.2007.02.035.
  16. Runciman, W.A. Absorption and fluorescence spectra of ions in crystals / W.A.Runciman // Reports on Progress in Physics. - 1958. - V. 21. - I. 1. - P. 30-58. doi: 10.1088/0034-4885/21/1/302.
  17. Sidorov, N.V. Photoelectric fields and band gap in doped lithium niobate crystals / N.V. Sidorov, M.N. Palatnikov, N.A. Teplyakova // Inorganic Materials. - 2018 - V. 54 - I. 6 - P. 581-584. doi: 10.1134/S0020168518060134.
  18. Dai, S. Concentration quenching in erbium-doped tellurite glasses / S. Dai, C. Yu, G. Zhou, et al. // Journal of Luminescence. - 2006. - V. 117. - I. 1. - P 39-45. doi: 10.1016/j.jlumin.2005.04.003.
  19. Cabrera, J.M. Hydrogen in lithium niobate /j.M. Cabrera, J. Olivares, M. Carrascosa et al. // Advances in Physics. - 1996. - V. 45. - I. 5. - P. 349-392. doi: 10.1080/00018739600101517.
  20. Klauer, S. Influence of the H-D isotopic substitution on the protonic conductivity in LiNbO3 crystal / S. Klauer, M. Wöhlecke, S. Kapphan // Physical Review B. - 1992. - V. 45. - I. 6. - P. 2786-2799. doi: 10.1103/physrevb.45.2786.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».