Исследование парамагнитных дефектов в рентгенооблученных кристаллах KTiOPO4 и RbTiOPO4 тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

т-. ^ л л

1 лава 1. оозоо литературных данных.11

1.1. Структура., симметрия, кристзллическая оешетка коисталлов семейства КТ1ОРО/1.,,,,11

1.2. Макооскопические свойства кристаллов семейства КТ1ОРО4 .15

1.3. Оптические свойства кристаллов КТ1ОРО4.21

1 4 ТТпим^сныг! г.пстгшнид к к-пигтяттяу г.рмрйг.ткя К^ПРГь 31 - .— ~ .~ . . . . . -г '

Глава 2, ЭТТР дьшочных и электронных центров в кристаллах КТ1ОРО4 после рентгеновского облучения.47

2.1. Описание экспеоиментальной установки и способов обоаботки образцов Л

4 /

2, Дырочные парамагнитные дефекты в кристаллах КТ1ОРО4, облученных рентгеновскими лучами при различных температурах. .49

2.2.1. ЭТТР дырочного центра в рентгенооблученных при 77 К кп мг'тяттг|яу кГТ|'ОРП, 49 . ^ . ^ . ^ . . ^ . - X - . ^ ,.,,,,,,,,,,,,, .,,,,,,.

2.2.2. ЭТТР дырочных центров в рентгенооблученных при комнатной темпет)атуг>е КТ1ОРО * обпазттах.,,.,.,.,. . 60

3. Электронные парамагнитные дефекты в кристаллах КТЮРО4, облученных рентгеновскими лучами при различных температурах,.б5 .4. Кинетика парамагнитных центров в рентгенооблученных кристаллах КТЮРГЬ 7 \ 2.4,1, Возникновение дополнительных дырочных О конфигураций в процессе отжига рентгенооблученных кристаллов КТР при различных температурах.71

1 Ъ тхттат^ттт,"а ттатл' 1 -г\лиитту Т1-Т ттаитч-УЛТ) 13 гчаттт,т^аттАлЬтгттлттттт тл/

-■.'-т.А--. АХПП^ 1 ц^пТр'ио г> \/тл/илу Чч.-'ПП1>1л.

ЮЛХДГТЯ УТГГЯ V К \ 1С )И( ь

ЯП

Глава 3, Э11Р дырочных и электронных центров в кристаллах Шз 11ОРО4 после рентгеновского облучения.82

3.1, Форма кристаллов КЬТЮРСь.82

3.2, Рентгенооблученные при 77 К кристаллы КЬТ^ОРС^.,,,.,.,,,,.,.84

3.2.1. Дырочные дефекты в кристаллах ШзТЮР04.,.,.,,84

-4 / / -1ттскт/,"гг\Аттттт та I л' тттт^гмг т тч т,-г> ил уп утгтп у т- 1 • * К ¿1 ; : ! > ; : г> гч : ;; ч ; ■ -- •: ; - .' - л . . . . .О У

3.2,3. Отжиг рентгенооблученных КЬТЮР04 образцов.96

3 3 К/пмг.тятттты КЪТЮРОл пентгенооблученные пои комнатной температуре.99

3.4. Явление диссимметризации в кристаллах КЬТтОРС^ .102

3.5. Обсуждение оезультатов исследования методом ЭПР дефектной структуры кристаллов ШзГЮРО д и КТЮРО4.104

Заклю чение.112

Литература.115 практических применений. Они нерастворимы в воде, ооладают высокой нелинейностью (на уровне нелинейности ВТ\ГМ), высокой лазерной стойкостью и отсутствием зависимости направления синхронизма от темпеоатуоы. Кооме того, наличие общинного класса изоспзуктуоных КТР i -- ^

ППРЛИНЙШИ I /I и КЛчМПХНПГТК \го нитикяпии и rrn гплегррнгия КЛИГГГИГГГТОВ - -----: j ' '' . . . .w . ' - -1 " '' f' смешанного состава i3] оасширяет границы поименения кристаллов КТР в качестве основы многофункциональных оптических элементов, включая устройства интегральной оптики [4- 6].

В псовые синтез КТ1ОРО4 и его аналога KST1OPO4, как индивидуальных кристаллических соединений, был осуществлен в 1890 году [7]. В 1976 году сотоудники Национального научного центра в Гренобле (Франция) сообщили об откоытии еще двух новых соединений; KDT1OPO4 и Т1Т1ОРО4 (RTP и Т1ТР). подтвердили существование КТР, а затем и определили его структуру [8]. Возможность синтеза кристаллов смешанного состава (К. Rb)TP и его аналогов - арсенатов была установлена в [9]. где также показана высокая эффективность КТР как нелинейно-оптического материала для удвоения частоты генерации Nd" : YAG - лазера.

Однако, при использовании КТР в качестве преобразователей второй гармоники Nd:YAG - лазера в оптических системах повышенной мощности в кристаллах возникают оптически неоднородные области, появление которых приводит к значительному поглощению падающего излучения и следующем}7 за этим катастрофическому разрушению рабочего элемента. Использование кристаллов КТР для упоавления преобразованием проходящего излучения (подстройки фазового синхронизма, модуляции) с применением методов, основанных на использовании линейных электрооптических свойств, ограничено появлением значительного электрохромного эффекта. Такие свойства оптических монокристаллов определяются, в основном, их дефектной структурой, зависят от чистоты исходных материалов,. совершенства

ЧТТАТрТ м и уровня 6 обработок. Для создания лазерных материалов с заданными свойствами необходимо знать области спектральной, полевой, температурной характеристик различных дефектов, диапазон их стабилизации, природу и механизмы реко мбинации.

Таким образом, изучение процессов, приводящих к возникновению объемных оптически непрозрачных областей (так называемых "gray tracks"), является не только важной прикладной задачей, но и необходимым условием развития представлений о природе возникновения нелинейных свойств кристаллов семейства КТР и механизмах формирования в кристаллической структуре точечных дефектов, ограничивающих использование этих кристаллов. До настоящего времени природа возникновения центров окраски, ответственных за формирование в кристаллах серых треков, не выяснена. Для достижения дальнейшего прогресса в создании и использовании нелинейно-оптических элементов необходимо проведение углубленного изучения, идентификации и описания характеристик различных точечных дефектов, которые могут существовать в матрице кристалла, изучения механизмов их образования, стабилизации, взаимодействия и распада.

Как известно, электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) является уникальным методом для определения и описания характеристик точечных парамагнитных дефектов в кристаллах, что обусловливает его применение для определения микроскопических свойств локальных позиций в кристаллах. Для моделирования процессов дефектообразования при воздействии на КТ1ОРО4 и RbTiOPCfc* мощного лазерного излучения, кристаллы подвергались облучению рентгеновскими лучами при различных температурах. Образующиеся электронные и дырочные парамагнитные центры существенно отличаются по своим характеристикам для. кристаллов КТР и RTP. Поэтому, основной целью настоящей работы являлось изучение с помощью ЭПР различных точечных парамагнитных центров в изоструктурных кристаллах КТЮРО4 и RbTiOPG*, выращенных методом рас

I т лпП;. -Ч! V >. I." ".ч, П • : - г; ? * * !; ч ' г-;: »V ! Т!;,. ' ь*! г, кд утотттих точечных парамагнитны х дефекте в. научная новизна раооты заключается в следующем: I Впеовые методом ЭПР проведен анализ дефектной структуры, вызванной рентгеновским облучением при температурах 77 К и 300 К, в двух изоморЛщых кписталлах КТЮРО*. и КЬТЮРОл. вьгояшенньтх методом

1Л о л грг< гл о п гчо Ат-тггп-па 1 Г

2. й кристаллах КпОРО^ о б лучен н ы х рентгеновским и лучами при темпрпятупе Т = 77 К летя гг к но игг ггр гтокяиу с.пе.ктпь* ЭТП? КУСОЧНОГО центля локализованного на кислотю ^е Ос ) сто^ктубы и уточнены папяметлы спинового гамильтониана Впеовые ппняпуженп появление нескольких промежуточных кислородных дырочных центров 2-4, ¡1 о Г) я : \ н~> 111 и V с и в ппгнгРСС^ отжига криг.талдпв пг)и темпапят^пяу Т > 160 К которые участвуют в процессе рекомбинации. Впервые методом ЭПР

ГУ 1ЛТТЛ-»ЛХ ГМ'ЛТТ г\

ГЛТТТТС

О л ЦТ1 П1ЛТ1 температуре Т ~ 150 К, обусловленное переносом заояда по октаэдрическим цепочкам каркаса кристалла.

3, Впервые с помощью метода ЭТТР изучены кристаллы Ш)ТЮР04, обличенные рентгеновскими лучами при 77 К. Обнаружены спектры одного дырочного О и четырех электронных парамагнитных центров I], II - IV, Дырочный центр идентифицирован как электронная вакансия на мостиковом кислоооде 0(Т!). стабилизированная ближайшей вакансией ВД>, Электронные центры Г|. II - IV в кристаллах ЯТР идентифицированьс

ТТПГ\П» »Л'ГТТТХ'ГТТТ Т СЬ ТТ1Т1ЛТ т Т> ттттл^атттт^ Х> ТТ>

1чс1хч. х 1 на* 'сш^сн ппх п* 1. гч* ''jf.LV Хх. х л

ООЛ^ЧСИНЫХ ПТ"?ТТ температуре Т = 300 К возникают тли электпо* ппоал ± 1

Ц1 си та к и и а два новых дырочных центра, котооые определены как центры о", локализованные на мостиковом кислоооде с олижаишим примесным

ТТЛТТ АН Г /\

1*10 п VI>1 1 V 1 п\.ППУ. 8

4. В кристаллах ЕТР впервые по спектрам ЭПР Т!^ центров обнаружено явление диссимметризации, свидетельствующее о неравномерном распределении дефектов между структурно-эквивалентными позициями структуры, которое образовалось в процессе роста изученных образцов.

Автор защищает:

- результаты экспериментального исследования и интерпретации спектров ЭПР парамагнитных центров О", Тгт, в кристаллах КТЮРО4, облученных рентгеновскими лучами при температурах 77 К и 300 К.

- результаты экспериментального исследования и интерпретации спектров ЭПР парамагнитных центров О' и Тл" в кристаллах ИЪТЮРС^, облученных рентгеновскими лучами при температурах. 77 К и 300 К.

Общая структура работы

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и библиографии из 119 наименований.