Выращивание, структура и свойства монокристаллов титанил-фосфата калия (KTiOPO4 ), легированных ниобием, танталом и сурьмой

• Автор: Лосевская, Татьяна Юрьевна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 172 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1 Кристаллы КТР и их характеристика
1.2 Структура кристаллов КТЮР
1.3 Выращивание кристаллов КТР
1.4 Диэлектрические свойства и электропроводность кристаллов
1.5 Сегнетоэлектрические свойства
1.6 Возможные изо- и гетеровалентные замещения
1.7 Кристаллы КТЮР04 с примесями ниобия, тантала и сурьмы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ГЛАВА II. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТОВ
2.1 Выращивание монокристаллов КТЮРОрМ' (М' = МЪ51, Та А 8Ь5+)
2.2 Рентгенофазовый и рентгеноструктурный анализы
2.3 Температурные зависимости диэлектрической проницаемости и электропроводности. Диэлектрическая спектроскопия
2.4 Исследование нелинейных оптических свойств
2.5 Нейтронографический анализ
2.6 Другие методы
ГЛАВА III ВЫРАЩИВАНИЕ, АТОМНАЯ СТРУКТУРА И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МОНОКРИСТАЛЛОВ КТЮР04, ЛЕГИРОВАННЫХ НИОБИЕМ
3.1 Выращивание монокристаллов К, .Дт: _ХМЬХ-0Р04 и их характеристика.
3.2 Физические свойства монокристаллов твердых растворов КТР:КЬ
3.2.1. Диэлектрическая спектроскопия
3.2.2 Нелинейные оптические свойства
3.2.3 Электропроводность кристаллов КТР:ИЬ
3.3. Атомная структура кристаллов К].ХТ11_ХНЬ Х0Р
3.3.1 Детали эксперимента
3.3.2 Структура монокристаллов КТР:№>
3.3.3 Нейтронографический анализ кристаллов КТР:1ГЬ
3.4 Атомная структура, состав и свойства монокристаллов КгПМзгРгО^
ГЛАВА IV. РОСТ И СВОЙСТВА КРИСТАЛЛОВ ТИТАНИЛ-ФОСФАТА КАЛИЯ, ЛЕГИРОВАННЫХ ТАНТАЛОМ
4.1 Выращивание и основные характеристики кристаллов К1-хТц.хТах0Р04
4.2 Физические свойства кристаллов КьхТц-хТахОР
4.2.1 Диэлектрические свойства кристаллов
4.2.2 Электропроводность кристаллов КТР:Та
4.2.3 Нелинейные оптические свойства кристаллов Ко^бТушТао.ыОРОд

ГЛАВА V. ВЫРАЩИВАНИЕ, ИССЛЕДОВАНИЕ АТОМНОЙ СТРУКТУРЫ И ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МОНОКРИСТАЛЛОВ КТ1ОРО4, ЛЕГИРОВАННЫХ СУРЬМОЙ
5.1 Выращивание монокристаллов K].xTi1_xSbx0P04 и их характеристика
5.1.1 Рентгенофазовый анализ
5.1.2 Дифференциальный термический анализ
5.2 Физические свойства монокристаллов твердых растворов KTP:Sb
5.2.1. Диэлектрическая спектроскопия
5.2.2 Нелинейные оптические свойства
5.2.3 Электропроводность кристаллов KTP:Sb
5.3 Рентгеноструктурный анализ монокристаллов K1.xTi].xSbx0P
5.3.1. Атомная структура монокристаллов KTP:Sb
5.3.1.1 Детали эксперимента
5.3.1.2 Результаты изучения структур монокристаллов KTP:Sb
5.4 Нейтронографический анализ кристаллов KTP:Sb
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Интенсивное развитие современной техники, в частности электроники и нелинейной оптики, требует от исследователей - экспериментаторов поиска и исследования функциональных материалов с новыми и улучшенными свойствами. Среди них особое положение занимают монокристаллы семейства титанил-фосфата калия КТЮРО4, относящиеся к материалам особого типа: сегнетоэлектрикам - суперионным проводникам. Необычное сочетание явлений электрического упорядочения, нелинейной оптической проницаемости и высокой ионной электропроводности, которые можно регулировать в широких пределах с помощью легирования, делает эти кристаллы перспективными объектами как для научных исследований в области физики твердого тела, так и для разнообразных практических приложений.
В настоящей работе были выращены три серии монокристаллов титанил-фосфата калия, легированных примесями пятивалентных ниобия, тантала и сурьмы согласно схеме К|.х'Г11,хМех0Р04, где Ме = N6, Та и БЬ, и исследованы особенности их физических свойств и атомной структуры. Показано, что области существования этих твердых растворов являются ограниченными и максимальное количество указанных примесей составляет х = 0.11, 0.25 и 0.23, соответственно.
Исследования полученных кристаллов носили комплексный характер и включали изучение особенностей их морфологии, химического состава, фазовых переходов, электрофизических характеристик, оптических свойств, рентгеноструктурный и нейтронографический анализы. Особое внимание было уделено исследованиям температурных зависимостей диэлектрической проницаемости, ионной электропроводности и нелинейной оптической восприимчивости кристаллов различного состава.
Результаты химического анализа и структурных исследований указывают на образование у кристаллов КТР, легированных примесями ниобия, тантала и сурьмы, большого количества дополнительных калиевых вакансий по

Смеси указанных реактивов нагревали до 600°С с целью разложения карбоната и аммониевых солей, затем перемешивали в агатовой мельнице, расплавляли в стандартных платиновых тиглях объемом 50 мл. Расплавы выдерживали для гомогенизации при 1050-1150°С в течение суток и затем охлаждали со скоростью 1 °С/ч до температур 800-950°С. После этого расплав сливали, а образовавшиеся на дне и стенках тигля кристаллы отмывали от остатков растворителя в горячей воде.
2.2 Рентгенофазовый и рентгеноструктурный анализы
Первичные исследования структуры и параметров элементарной ячейки выращенных монокристаллов проводились по дифрактограммам, полученным на дифрактометрах «ДРОН 2.0» (Ла = 36 кв, 1а = 20 ма, № - фильтр) и Оепкт П/ггах-ИС с использованием Си Ка-излучения. Скорость вращения счетчика составляла 2 град./мин и 4 град./мин соответственно. Съемка дифрактограмм проводилась в интервале углов 20 = 10ч-60. Индицирование полученных порошковых рентгенограмм проводилось путем их сравнения с дифрактограммой КТЮРОд. Значения параметров элементарной ячейки и их среднеквадратичные погрешности вычислялись МНК с использованием метода Когана [72]. В основе компьютерной программы, используемой для расчета параметров решетки, находится следующее соотношение:
8т2(0изм) = >-2/(2й)2 - Бхэт2 (20юм) + г|8т(20изм) где Б - коэффициент, характеризующий систематическую ошибку вносимою эксцентричностью, расходимостью и поглощением рентгеновского пучка, а г| -случайная ошибка с дисперсией ~10"6.
Исследование атомной структуры кристаллов проводилось совместно с Институтом кристаллографии РАН на дифрактометре СЛО-4Р фирмы «ЕпгаР N016113» с графитовым монохроматором. Для рентгеновского дифракционного эксперимента отбирались оптически однородные монокристаллы, которым путем обкатки придавалась сферическая или близкая к ней форма. Параметры