Сотрудники лаборатории Роста кристаллов ИГМ СО РАН вырастили кристаллы боратов
Сотрудники лаборатории Роста кристаллов ИГМ СО РАН вырастили кристаллы боратов Na3R(BO3)2 (R = La–Gd), легированные Pr3+, Nd3+ и Sm3+, и детально исследовали их оптические свойства, структуру и поведение при высоких температурах. Статья опубликована 15 марта 2023 года в CrystEngComm (IF 3,756, Q1 Web of Science).
Поиск новых структур боратов и описание их характеристик — это актуальное и перспективное направление исследований в материаловедении. Цели подобных исследований заключаются в расширении и уточнении данных о свойствах кристаллов боратов, а также выявлении новых характеристик соединений. Боратные соединения с добавленными редкоземельными элементами применяются в оптоэлектронных схемах и устройствах. Литий-, натрий- и калийсодержащие бораты имеют высокую химическую стабильность, термическую и радиационную стойкость, широкую область оптической прозрачности, высокий порог лазерного разрушения.
«Широкое применение боратов связано с тем, что большая часть этих соединений прозрачны в ультрафиолетовом излучении. — Боратные кристаллы — это промышленно важные кристаллы, с помощью них можно получать УФ излучение путем нелинейно-оптического преобразования. Кроме того, стоит задача искать и получать вещества люминофоры, которые будут светиться, например, под действием ультрафиолета. Благодаря своей структуре бораты становятся отличным материалом для добавления полезных примесей, которые вызывают свечение.»
С.н.с., д.г.-м.н. Константин Александрович Кох
Прозрачность матрицы в области возбуждения и генерации излучения это не единственный важный параметр. Желательно иметь кристаллическую структуру, в которой допирующие элементы распределены по матрице максимально равномерно. Также, нужна золотая середина между оптимально большим расстоянием и объемной концентрацией примеси. Кристаллы боратов Na3R(BO3)2 (R = La—Gd) прозрачны в УФ-диапазоне излучения синего светодиода, и имеют собственную кристаллографическую позицию для трехвалентного катиона.
«Мы исследуем различные матрицы для люминофоров. Наблюдаем, когда наступит концентрационое тушениие. Казалось бы, чем больше атомов люминофора мы помещаем в структуру соединения, тем материал будет ярче светить. Но после некоторого порогового значения интенсивность люминесценции начинает резко падать. И, в зависимости от того какую матрицу использовать для допирования, может меняться и интенсивность порогового свечения, и количество встраиваемых катионов РЗЭ, которые ее обеспечивают.»
Н.с., к.г.-м.н. Артем Борисович Кузнецов
Бораты Na3R(BO3)2 (R = La—Gd) уже были известны. Однако, из-за сложности их получения, полноценного описания свойств этих соединений не было. До сих пор в мире удавалось вырастить кристаллы этих соединений, не превышающих по размерам нескольких миллиметров, поэтому требовалось найти новый способ для их выращивания. Сотрудники Института вырастили монокристаллы модифицированным способом на основе флюса Na2O—B2O3—NaF. В результате были получены кристаллы без включений размером до 5 × 5 × 5 мм3.
В ходе эксперимента были получены новые данные термического поведения кристаллов боратов. Авторы эксперимента уточнили температуры, при которых происходят фазовые переходы и плавление. Были изучены люминесцентные свойства Na3Gd1−x(BO3)2: x(Pr3+/Nd3+/Sm3+), и определены оптимальные концентрации люминесцентных ионов.
Изученные свойства кристаллов Na3R(BO3)2 (R = La—Gd) — часть большой исследовательской работы над боратными соединениями в лаборатории роста кристаллов № 447.
Материал подготовлен пресс-службой ИГМ СО РАН