Фоторефрактивный материал и шихта для его получения

Изобретение относится к фоторефрактивному материалу и может быть использовано в оптоэлектронных устройствах, в процессах записи динамических голограмм и других фотонных технологиях. Описывается смешанный оксид состава La_1-хSr_xYO_3-δ, где 0,1≤х≤0,27, в качестве фоторефрактивного материала. Описывается также шихта для его получения, содержащая оксид иттрия, карбонат стронция и иттриат лантана при следующем соотношении компонентов, мас.%: LaYO₃ - 64,32-85,71; Y₂O₃ - 4,76-23,79; SrCO₃ - остальное до 100. Предлагаемый фоторефрактивный материал характеризуется высоким фоторефрактивным эффектом. 2 н.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к фоторефрактивному материалу и может быть использовано в оптоэлектронных устройствах, в процессах записи динамических голограмм и других фотонных технологиях.

В настоящее время о величине эффекта фоторефракции, как правило, судят по интенсивности запрещенных для данной симметрии кристалла линий в спектрах комбинационного рассеяния света (Сидоров Н.В., Волк Т.Р., Маврин Б.Н., Калинников В.Т. Ниобат лития (дефекты, фоторефракция, колебательный спектр, поляритоны). М.: Наука, 2003 г., стр.220).

Известен фоторефрактивный материал, выполненный на основе полимера с высокой температурой стеклования и цианинового или скварилиевого красителя при соотношении компонентов, мас.%: полимер - 90,0÷99,8; краситель - 0,20÷10,0 (патент РФ №2242782, МКИ G03C 1/72, 2004 г.).

Недостатком известного фоторефрактивного материала является его выполнение на полимерной основе, поскольку использование органических соединений является нежелательным с точки зрения ухудшения экологии.

Известен фоторефрактивный материал на основе монокристаллического ниобата лития, легированного железом (Сидоров Н.В., Волк Т.Р., Маврин Б.Н., Калинников В.Т. Ниобат лития (дефекты, фоторефракция, колебательный спектр, поляритоны). М.: Наука, 2003 г., стр.6-7). К настоящему моменту ниобат лития является наиболее оптимальным для использования в качестве фоторефрактивного материала благодаря длительным временам памяти, связанным с исключительно низкой темновой проводимостью.

Тем не менее, величина фоторефрактивного эффекта характеризуется невысоким уровнем. Так, интенсивность запрещенных линий в спектрах КРС составляет 5-10% от наиболее интенсивных разрешенных линий.

Таким образом, перед автором стояла задача получить фоторефрактивный материал с высоким значением фоторефрактивного эффекта.

Поставленная задача решена путем применения смешанного оксида состава La_1-xSr_xYO_3-δ, где 0,1≤х≤0,27; 0,050≤δ≤0,135; в качестве фоторефрактивного материала.

Кроме того, поставленная задача решена путем использования для получения предлагаемого фоторефрактивного материала шихты, характеризующейся тем, что она содержит иттриат лантана LaYO₃, оксид иттрия Y₂O₃ и карбонат стронция SrCO₃ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

LaYO3	64,32-85,71
Y2O3	4,76-23,79
SrCO3	Остальное

В настоящее время известны результаты проведенных исследований электрических, магнитных и каталитических свойств смешанных оксидов состава La_0,8Sr_0,2BO₃, где В-Cr, Mn, Fe, Со или Y, которые позволили предложить использование этих оксидов в качестве катализаторов в процессах окисления метана и оксида углерода (Gunasekaran N., Bakshi N., Alcook С.В., Carberry J.J. Surface characterization and catalytic properties of perovskite type solid oxide solutions, (B=Cr, Mn, Fe, Co or Y). Solid State Ionics, 83,1996, p.145-150).

Аниондефицитные оксидные соединения типа A_1-xM_xBO_3-d широко изучаются современной химией. Они привлекают внимание как кислородпроницаемые и водородпроводящие материалы (Ruiz-Trejo Е., Kilner J.A. Denterium conductivity diffusion and implantation in Sr-doped LaYO₃. Solid State Ionics, 130, 2000, p.313).

Применение смешанных оксидов состава La_1-xSr_xYO_3-δ, где 0,1≤х≤0,27; 0,050≤δ≤0,135; в качестве фоторефрактивного материала стало возможным благодаря экспериментальным исследованиям, проведенным автором, в области фотоиндуцированного изменения показателей преломления, которые обусловливают эффект фоторефракции. Этот эффект возникает под действием лазерного излучения, в результате чего происходят пространственный перенос фотоносителей и образование электрического поля от возникновения пространственного заряда. Это и приводит к изменению показателя преломления.

В настоящее время в качестве фоторефрактивных материалов на основе оксидных соединений со структурой перовскита используют только монокристаллы, выращенные из конгруэнтного расплава, обладающие, как известно, наилучшим оптическим качеством (Сидоров Н.В., Волк Т.Р., Маврин Б.Н., Калинников В.Т. Ниобат лития (дефекты, фоторефракция, колебательный спектр, поляритоны). М.: Наука, 2003 г., стр.7, 175-176). Поликристаллическая форма смешанных оксидов состава La_0,8Sr_0,2BO₃, где В - Cr, Mn, Fe, СО или Y, где 0,1≤х≤0,27; 0,050≤δ≤0,135; априори не предполагала возможность его использования в качестве фоторефрактивного материала, поскольку в настоящее время фоторефрактивные материалы известны либо в виде монокристаллов, либо в виде полимера в стеклообразном состоянии. Тем не менее, спектроскопический анализ образцов, полученных автором, выявил сильную зависимость поляризующего действия лазерного излучения на материал, проявляющегося в проявлении сильных запрещенных линий в спектрах КРС. Можно предположить, что использование для получения материала наряду с оксидами соответствующих металлов в качестве исходного смешанного оксида иттриата лантана вносит значительные структурные изменения, которые приводят к появлению фотоносителей заряда под действием лазерного излучения.

Таким образом, поставленная задача (получение фоторефрактивного материала с высокими рабочими характеристиками) решена также и составом исходных компонентов, используемых для получения материала. В настоящее время для получения смешанных оксидов состава La_0,9Sr_0,1BO_3-δ, где В - Sc, In, Lu; используют шихту, включающую оксиды соответствующих металлов и карбонат стронция (К.Nomura et al. Proton conduction in (La_0,9Sr_0.1)M¹¹¹O_3-β(M¹¹¹-Sc, In and Lu) perovskites. Solid State lonics, 154-155 (2002), p.647-652).

Предлагаемый фоторефрактивный материал может быть получен следующим образом. В качестве компонентов исходной шихты берут LaYO₃, Y₂О₃ и SrCO₃, исходные компоненты тщательно перетирают с этиловым спиртом, помещают в корундовый тигель и спекают на воздухе при 1350-1400°С в течение 15-30 часов, после чего охлаждают в печи произвольно при выключенных нагревателях до достижения 25-30°С в рабочей зоне печи. Фазовый состав продукта контролируют рентгенофазовым анализом. Фоторефрактивный эффект измеряют путем снятия спектра КРС (комбинационного рассеяния света). Для записи спектров КРС применяют спектрометр RENISHAW-1000 с аргоновым лазером (Δν до 1000 см^-1 λ_воз=514,5 нм), мощность лазера равна 100 мВт.

Заявленные пределы содержания компонентов в исходной шихте обусловлены следующими причинами. При выходе за заявленные пределы получают неоднофазный конечный продукт, что ведет к уменьшению интенсивности запрещенных линий КРС и, следовательно, к уменьшению фоторефрактивного эффекта.

Предлагаемое техническое решение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Берут 0,6438 г (85,71 мас.%) порошка LaYO₃, добавляют 0,0293 г (4,76 мас.%) порошка Y₂О₃ и 0,0383 г (остальное до 100 мас.%) порошка SrCO₃, исходные компоненты тщательно перетирают с этиловым спиртом в агатовой ступке, помещают в корундовый тигель и спекают на воздухе при 1350°С в течение 15 часов, после чего охлаждают в печи произвольно при выключенных нагревателях до достижения 25°С в рабочей зоне печи. По данным рентгенофазового анализа получают однофазный продукт состава La_0,9Sr_0,1YO_2,9. Затем записывают спектр КРС. Получают сильную запрещенную линию рассеяния при 648 см^-1, ее относительная пиковая интенсивность равна 45% от разрешенных линий рассеяния.

Пример 2. Берут 0,5971 г (75,23 мас.%) порошка LaYO₃, добавляют 0,0537 г (8,26 мас.%) порошка Y₂О₃ и 0,0702 г (остальное до 100 мас.%) порошка SrCO₃, исходные компоненты тщательно перетирают с этиловым спиртом в агатовой ступке, помещают в корундовый тигель и спекают на воздухе при 1350°С в течение 15 часов, после чего охлаждают в печи произвольно при выключенных нагревателях до достижения 25°С в рабочей зоне печи. По данным рентгенофазового анализа получают однофазный продукт состава La_0,82Sr_0.18YO_2,91. Затем записывают спектр КРС. Получают сильную запрещенную линию рассеяния при 647 см^-1, ее относительная пиковая интенсивность равна 40% от разрешенных линий рассеяния.

Пример 3. Берут 0,5425 г (64,32 мас.%) порошка LaYO₃, добавляют 0,0821 г (23,79 мас.%) порошка Y₂О₃ и 0,1074 г (остальное до 100 мас.%) порошка SrCO₃, исходные компоненты тщательно перетирают с этиловым спиртом в агатовой ступке, помещают в корундовый тигель и спекают на воздухе при 1400°С в течение 30 часов, после чего охлаждают в печи произвольно при выключенных нагревателях до достижения 25°С в рабочей зоне печи. По данным рентгенофазового анализа получают однофазный продукт состава La_0,73Sr_0,27YO_2,865. Затем записывают спектр КРС. Получают сильную запрещенную линию рассеяния при 648 см^-1, ее относительная пиковая интенсивность равна 80% от разрешенных линий рассеяния.

Таким образом, автором предлагается фоторефрактивный материал с высоким фоторефрактивным эффектом, а также шихта для его получения.

1. Смешанный оксид состава La_1-xSr_xYO_3-δ, где 0,1≤х≤0,27, в качестве фоторефрактивного материала.

2. Шихта для получения фоторефрактивного материала, характеризующаяся тем, что она содержит иттриат лантана LaYO₃, оксид иттрия Y₂O₃ и карбонат стронция SrCO₃ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

LaYO3	64,32÷85,71
Y2O3	4,76÷23,79
SrCO3	остальное