Ниобат лития
Имена | |
---|---|
Другие имена
Оксид лития-ниобия, триоксид лития-ниобия
| |
Идентификаторы | |
3D model ( JSmol )
|
|
ХимическийПаук | |
Информационная карта ECHA | 100.031.583 |
ПабХим CID
|
|
Панель управления CompTox ( EPA )
|
|
Характеристики | |
ЛиНБО 3 | |
Молярная масса | 147.846 g/mol |
Появление | бесцветное твердое вещество |
Плотность | 4,30 г/см 3 [ 1 ] |
Температура плавления | 1240 ° C (2260 ° F; 1510 К) [ 1 ] |
Никто | |
Запрещенная зона | 3,77 эВ [ 2 ] |
Показатель преломления ( n D )
|
n o 2.3007, n e 2.2116 [ 3 ] |
Структура [ 4 ] | |
Тригональный , hR30 | |
Р3с, № 161 | |
3м( C3v ) | |
а = 0,51501 нм, б = 0,51501 нм, с = 0,54952 нм α = 62,057°, β = 62,057°, γ = 60°
| |
Формульные единицы ( Z )
|
6 |
Опасности | |
Летальная доза или концентрация (LD, LC): | |
ЛД 50 ( средняя доза )
|
8 г/кг (перорально, крыса) [ 5 ] |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
|
Ниобат лития ( Li Nb O 3 ) — синтетическая 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. [ 6 ] Ниобат лития иногда называют линобатом торговой марки . [ 7 ]
Характеристики
[ редактировать ]Ниобат лития — бесцветное твердое вещество, нерастворимое в воде. Он имеет тригональную кристаллическую систему , лишенную инверсионной симметрии и проявляющую сегнетоэлектричество , эффект Поккельса , пьезоэлектрический эффект, фотоупругость и нелинейную оптическую поляризуемость. Ниобат лития обладает отрицательным одноосным двулучепреломлением , которое слабо зависит от стехиометрии кристалла и температуры. Он прозрачен для длин волн от 350 до 5200 нанометров .
Ниобат лития можно легировать оксидом магния , что повышает его устойчивость к оптическим повреждениям (также известным как фоторефракционные повреждения). Другими доступными легирующими добавками являются железо , цинк , гафний , медь , гадолиний , эрбий , иттрий , марганец и бор .
Рост
[ редактировать ]Монокристаллы ниобата лития можно выращивать с использованием процесса Чохральского . [ 8 ]
После выращивания кристалла его разрезают на пластины разной ориентации. Распространенными ориентациями являются Z-вырез, X-вырез, Y-вырез и разрезы с повернутыми углами предыдущих осей. [ 9 ]
Тонкие пленки
[ редактировать ]Тонкая пленка ниобата лития (например, для оптических волноводов ) может быть перенесена или выращена на сапфире и других подложках с использованием процесса умной резки (ионной резки). [ 10 ] [ 11 ] или процесс MOCVD . [ 12 ] Эта технология известна как ниобат лития на изоляторе (LNOI). [ 13 ]
Наночастицы
[ редактировать ]Наночастицы ниобата лития и пятиокиси ниобия можно производить при низкой температуре. [ 14 ] Полный протокол подразумевает индуцированное LiH восстановление NbCl 5 с последующим спонтанным окислением in situ в нанооксиды ниобия низкой валентности. Эти оксиды ниобия подвергаются воздействию воздушной атмосферы, в результате чего образуется чистый Nb 2 O 5 . Наконец, стабильный Nb 2 O 5 превращается в наночастицы ниобата лития LiNbO 3 в ходе контролируемого гидролиза избытка LiH. [ 15 ] Сферические наночастицы ниобата лития диаметром около 10 нм можно получить пропиткой 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. [ 16 ]
Приложения
[ редактировать ]Ниобат лития широко используется на рынке телекоммуникаций, например, в мобильных телефонах и оптических модуляторах . [ 17 ] Благодаря сильной электромеханической связи этот материал является предпочтительным материалом для на поверхностных акустических волнах устройств . В некоторых случаях его можно заменить танталатом лития . Ли Та О 3 . Другие области применения: лазеров удвоение частоты , нелинейная оптика , ячейки Поккельса , оптические параметрические генераторы , устройства переключения добротности для лазеров, другие акустооптические 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 электростатических пинцетов, подход, известный как оптоэлектронные пинцеты, поскольку для возникновения эффекта требуется световое возбуждение. [ 18 ] [ 19 ] Этот эффект позволяет тонко манипулировать частицами микрометрового масштаба с высокой гибкостью, поскольку действие пинцета ограничивается освещенной областью. Эффект основан на очень сильных электрических полях, генерируемых во время воздействия света (1–100 кВ/см) внутри освещенного пятна. Эти интенсивные поля также находят применение в биофизике и биотехнологии, поскольку они могут влиять на живые организмы различными способами. [ 20 ] Например, было показано, что легированный железом ниобат лития, возбуждаемый видимым светом, вызывает гибель клеток в культурах опухолевых клеток. [ 21 ]
Ниобат лития с периодической поляризацией (PPLN)
[ редактировать ]Ниобат лития с периодической поляризацией ( PPLN ) представляет собой доменно-инженерный кристалл ниобата лития, используемый в основном для достижения квазисинхронизма в нелинейной оптике . Сегнетоэлектрические направлении + домены направлены поочередно в c и -c , с периодом обычно от 5 до 35 мкм . Более короткие периоды этого диапазона используются для генерации второй гармоники , а более длинные — для оптических параметрических колебаний . Периодического полюсирования можно добиться с помощью электрического полюсирования с помощью периодически структурированного электрода. Контролируемый нагрев кристалла можно использовать для точной настройки фазового синхронизма в среде за счет небольшого изменения дисперсии с температурой.
При периодическом опросе используется наибольшее значение нелинейного тензора ниобата лития, d 33 = 27 пм/В. Квазисинхронизм дает максимальные КПД, равные 2/π (64%) от полного d 33 , около 17 пм/В. [ 22 ]
Другими материалами, используемыми для периодической поляризации, являются с широкой запрещенной зоной, неорганические кристаллы такие как KTP (приводящие к периодически поляризованным KTP , PPKTP ), танталат лития и некоторые органические материалы.
Метод периодической поляризации также можно использовать для формирования поверхностных наноструктур . [ 23 ] [ 24 ]
Однако из-за низкого порога фоторефракционного разрушения PPLN находит лишь ограниченное применение, а именно, при очень низких уровнях мощности. Ниобат лития, легированный MgO, получают методом периодической поляризации. Таким образом, ниобат лития, легированный MgO с периодической поляризацией (PPMgOLN), расширяет область применения до среднего уровня мощности.
Уравнения Селлмейера
[ редактировать ]Уравнения Селлмейера для необыкновенного индекса используются для определения периода поляризации и приблизительной температуры для квазисинхронизма. Юндт [ 25 ] дает
действителен от 20 до 250 °C для длин волн от 0,4 до 5 микрометров , тогда как для более длинных волн [ 26 ]
что справедливо для T = от 25 до 180 °C и для длин волн λ от 2,8 до 4,8 микрометров.
В этих уравнениях f = ( T − 24,5) ( T + 570,82), λ находится в микрометрах, а T — в °C.
В более общем смысле для обычного и экстраординарного индекса для легированного MgO. ЛиНбо 3 :
с:
Параметры | CLN, легированный 5% MgO | SLN, легированный 1% MgO | |
---|---|---|---|
n e | нет | n e | |
1 | 5.756 | 5.653 | 5.078 |
aа2 | 0.0983 | 0.1185 | 0.0964 |
aа3 | 0.2020 | 0.2091 | 0.2065 |
a 4 | 189.32 | 89.61 | 61.16 |
aа5 | 12.52 | 10.85 | 10.55 |
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 соответствующего LiNbO 3 (CLN) и стехиометрический LiNbO 3 (СЛН). [ 27 ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Хейнс, с. 4,70
- ^ Занатта, Арканзас (август 2022 г.). «Оптическая запрещенная зона ниобата лития (LiNbO3) и ее зависимость от температуры» . Результаты Физ . 39 : 105736–3 стр. дои : 10.1016/j.rinp.2022.105736 . S2CID 249688492 .
- ^ Хейнс, с. 10.250
- ^ Уилкинсон, AP; Читам, АК; Джарман, Р.Х. (1993). «Дефектная структура конгруэнтно плавящегося ниобата лития». Журнал прикладной физики . 74 (5): 3080–3083. Бибкод : 1993JAP....74.3080W . дои : 10.1063/1.354572 .
- ^ «ChemIDplus – 12031-63-9 – PSVBHJWAIYBPRO-UHFFFAOYSA-N – Ниобат лития – Поиск подобных структур, синонимы, формулы, ссылки на ресурсы и другая химическая информация» .
- ^ Вейс, Р.С.; Гейлорд, ТК (1985). «Ниобат лития: краткая информация о физических свойствах и кристаллической структуре». Прикладная физика A: Материаловедение и обработка . 37 (4): 191–203. Бибкод : 1985ApPhA..37..191W . дои : 10.1007/BF00614817 . S2CID 97851423 .
- ^ Стейблер, Д.Л.; Амодей, Джей-Джей (1972). «Термически закрепленные голограммы в LiNbO 3 ». Сегнетоэлектрики . 3 (1): 107–113. Бибкод : 1972Fer.....3..107S . дои : 10.1080/00150197208235297 . S2CID 51674085 . , видел в Да, Почи; Гу, Клэр, ред. (1995). Знаковые статьи по фоторефрактивной нелинейной оптике . Всемирная научная. п. 182. ИСБН 9789814502979 .
- ^ Волк, Татьяна; Волеке, Манфред (2008). Ниобат лития: дефекты, фоторефракция и сегнетоэлектрическое переключение . Спрингер. стр. 1–9. дои : 10.1007/978-3-540-70766-0 . ISBN 978-3-540-70765-3 .
- ^ Вонг, К.К. (2002). Свойства ниобата лития . Лондон, Великобритания: INSPEC. п. 8. ISBN 0-85296-799-3 .
- ^ Леви, М.; Осгуд, Р.М.; Лю, Р.; Кросс, LE; Каргилл, GS; Кумар, А.; Бахру, Х. (19 октября 1998 г.). «Получение монокристаллических пленок ниобата лития методом кристаллоионной нарезки» . Письма по прикладной физике . 73 (16): 2293–2295. Бибкод : 1998ApPhL..73.2293L . дои : 10.1063/1.121801 . ISSN 0003-6951 .
- ^ Лу, Х.; Садани, Б.; Куржаль, Н.; Уллиак, Г.; Смит, Н.; Стенгер, В.; Колле, М.; Байда, Финляндия; Бернал, член парламента (2012). «Усовершенствованный электрооптический фотонно-кристаллический волновод из ниобата лития на тонкой пленке с умной резкой» . Оптика Экспресс . 20 (3): 2974–2981. дои : 10.1364/oe.20.002974 . ПМИД 22330535 . Проверено 8 июля 2022 г.
- ^ Фейгельсон, Р.С. (1996). «Эпитаксиальный рост тонких пленок ниобата лития методом MOCVD твердого источника» . Журнал роста кристаллов . 166 (1–4): 1–16. Бибкод : 1996JCrGr.166....1F . дои : 10.1016/0022-0248(95)00570-6 .
- ^ Ху, Хуэй; Ян, Джин; Гуй, Ли; Солер, Вольфганг (2012). «Ниобат лития на изоляторе (ЛНОИ): состояние и перспективы» (PDF) . Кремниевая фотоника и фотонные интегральные схемы III . Том. 8431. стр. 84311Д. дои : 10.1117/12.922401 . S2CID 120452519 .
- ^ Грейндж, Р.; Чой, JW; Се, CL; Пу, Ю.; Магре, А.; Смайда, Р.; Форро, Л.; Псалтис, Д. (2009). «Нанопроволоки ниобата лития: синтез, оптические свойства и манипуляции» . Письма по прикладной физике . 95 (14): 143105. Бибкод : 2009ApPhL..95n3105G . дои : 10.1063/1.3236777 . Архивировано из оригинала 14 мая 2016 г.
- ^ Офрей М., Менуэль С., Форт Ю., Эшбах Дж., Руксель Д., Винсент Б. (2009). «Новый синтез наноразмерных оксидов ниобия и частиц ниобата лития и их характеристика с помощью РФЭС-анализа». Журнал нанонауки и нанотехнологий . 9 (8): 4780–4789. CiteSeerX 10.1.1.465.1919 . дои : 10.1166/jnn.2009.1087 . ПМИД 19928149 .
- ^ Григас, А; Каскель, С (2011). «Синтез наночастиц LiNbO 3 в мезопористой матрице» . Журнал нанотехнологий Бейльштейна . 2 : 28–33. дои : 10.3762/bjnano.2.3 . ПМК 3045940 . ПМИД 21977412 .
- ^ Тони, Джеймс (2015). Фотоника ниобата лития . Артех Хаус. ISBN 978-1-60807-923-0 .
- ^ Карраскоса, М.; Гарсиа-Кабаньес, А.; Джубера, М.; Рамиро, Дж.Б.; Агулло-Лопес, Ф. (2015). «LiNbO 3 : Фотоэлектрическая подложка для массовых параллельных манипуляций и формирования рисунка нанообъектов». Обзоры прикладной физики . 2 (4). Издательство AIP: 040605. Бибкод : 2015ApPRv...2d0605C . дои : 10.1063/1.4929374 . hdl : 10486/669584 . ISSN 1931-9401 .
- ^ Гарсиа-Кабаньес, Анхель; Бласкес-Кастро, Альфонсо; Арисменди, Луис; Агулло-Лопес, Фернандо; Карраскоса, Мерседес (30 января 2018 г.). «Последние достижения в области фотоэлектрических оптоэлектронных пинцетов на основе ниобата лития» . Кристаллы . 8 (2). MDPI AG: 65. doi : 10.3390/cryst8020065 . hdl : 10486/681685 . ISSN 2073-4352 .
- ^ Бласкес-Кастро, А.; Гарсиа-Кабаньес, А.; Карраскоса, М. (2018). «Биологическое применение сегнетоэлектриков». Обзоры прикладной физики . 5 (4). Издательство AIP: 041101. arXiv : 2109.00429 . Бибкод : 2018АпПРв...5д1101Б . дои : 10.1063/1.5044472 . ISSN 1931-9401 . S2CID 139511670 .
- ^ Бласкес-Кастро, Альфонсо; Стокерт, Хуан К.; Лопес-Ариас, Бегонья; Хуарранс, Анхелес; Агулло-Лопес, Фернандо; Гарсиа-Кабаньес, Анхель; Карраскоса, Мерседес (2011). «Гибель опухолевых клеток, вызванная объемным фотоэлектрическим эффектом LiNbO 3 :Fe под воздействием видимого света» . Фотохимические и фотобиологические науки . 10 (6). ООО «Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа»: 956–963. дои : 10.1039/c0pp00336k . ISSN 1474-905X . ПМИД 21336376 .
- ^ Мейн, Ж.-П.; Лауэ, К.; Кнаппе, Р.; Валленштейн, Р.; Фейер, ММ (2001). «Изготовление танталата лития с периодической поляризацией для генерации УФ-излучения диодными лазерами». Прикладная физика Б . 73 (2): 111–114. Бибкод : 2001ApPhB..73..111M . дои : 10.1007/s003400100623 . S2CID 119763435 .
- ^ Грилли, Симонетта; Ферраро, Пьетро; Де Натале, Паоло; Тирибилли, Бруно; Вассалли, Массимо (2005). «Поверхностные наноразмерные периодические структуры в конгруэнтном ниобате лития, полученные путем формирования рисунка с обращением доменов и дифференциального травления» . Письма по прикладной физике . 87 (23): 233106. Бибкод : 2005ApPhL..87w3106G . дои : 10.1063/1.2137877 .
- ^ Ферраро, П.; Грилли, С. (2006). «Модуляция толщины рисунка резиста для управления размером и глубиной субмикронных обращенных доменов в ниобате лития». Письма по прикладной физике . 89 (13): 133111. Бибкод : 2006ApPhL..89m3111F . дои : 10.1063/1.2357928 .
- ^ Юндт, Дитер Х. (1997). «Температурно-зависимое уравнение Селлмейера для показателя преломления в конгруэнтном ниобате лития». Optics Letters . 22 (20): 1553–1555. Bibcode : 1997OptL...22.1553J . doi : 10.1364/OL.22.001553 . PMID 18188296 .
- ^ Дэн, Л.Х.; Гао, XM; Цао, З.С.; Чен, В.Д.; Юань, YQ; Чжан, WJ; Гонг, ЗБ (2006). «Усовершенствование уравнения Селлмейера для кристалла LiNbO 3 с периодической поляризацией с использованием генерации разностной частоты в среднем инфракрасном диапазоне». Оптические коммуникации . 268 (1): 110–114. Бибкод : 2006OptCo.268..110D . дои : 10.1016/j.optcom.2006.06.082 .
- ^ Гейер, О.; Сакс, З.; Галун, Э.; Арье, А. (2008). , легированного MgO «Уравнения показателя преломления, зависящие от температуры и длины волны, для конгруэнтного и стехиометрического LiNbO 3 ». Прил. Физ. Б. 91 (2): 343–348. Бибкод : 2008ApPhB..91..343G . дои : 10.1007/s00340-008-2998-2 . S2CID 195290628 .
Цитируемые источники
[ редактировать ]- Хейнс, Уильям М., изд. (2016). Справочник CRC по химии и физике (97-е изд.). ЦРК Пресс . ISBN 9781498754293 .