發(fā)布時(shí)間：2021-06-26 21:18

　　鉭酸鋰晶體是一種集電光、聲光、壓電、非線(xiàn)性、光折變以及激光活性于一體的多功能材料,有著十分廣泛的應(yīng)用。在激光技術(shù)方面,用于調(diào)Q開(kāi)光、光頻轉(zhuǎn)換和紅外探測(cè)器等;在光纖通信方面,則可制作電光調(diào)制器;尤其在光學(xué)體全息存儲(chǔ)方面,由于幾乎完美的非易失性和長(zhǎng)的暗衰減時(shí)間,表現(xiàn)出優(yōu)越的存儲(chǔ)性能。因其與鈮酸鋰晶體同構(gòu)和具有相似的存儲(chǔ)優(yōu)勢(shì),該晶體已經(jīng)成為最受歡迎的全息存儲(chǔ)光折變材料之一。鉭酸鋰晶體內(nèi)部存在本征缺陷結(jié)構(gòu),使得晶體能夠摻入多種雜質(zhì)離子,進(jìn)而改善鉭酸鋰晶體的光折變和抗光損傷性能,令其存儲(chǔ)性能更為理想,拓展了它在各個(gè)方面的實(shí)際應(yīng)用。全息存儲(chǔ)研究發(fā)現(xiàn)摻入不同組合雜質(zhì)離子的鉭酸鋰晶體會(huì)表現(xiàn)出不同存儲(chǔ)特性。目前,國(guó)內(nèi)外對(duì)鉭酸鋰的研究大都是實(shí)驗(yàn)研究,而對(duì)摻雜鉭酸鋰晶體的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)的理論研究鮮有報(bào)道。本文采用基于密度泛函理論的第一性原理,研究了純鉭酸鋰晶體以及各類(lèi)單摻以及雙摻雜鉭酸鋰晶體的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì),結(jié)果表明:光折變離子Fe3+摻雜鉭酸鋰晶體禁帶內(nèi)出現(xiàn)的雜質(zhì)能級(jí)主要由Fe的3d態(tài)軌道貢獻(xiàn),禁帶寬度為3.05 eV。摻入抗光折變離子Mg2+后,在帶隙中沒(méi)有產(chǎn)生新的雜質(zhì)能級(jí),摻Mg濃度低于或超過(guò)... 

【文章來(lái)源】：西南大學(xué)重慶市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：58 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖1.1雙光子固定示意圖

西南大學(xué)碩士學(xué)位論文第3章鐵鎂共摻鉭酸鋰晶體的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)19量的研究，提出了幾種典型的缺陷模型：鋰空位、鈮空位以及氧空位等，這些缺陷模型同樣也適用于LT晶體。研究證明鋰空位模型在能量上是最為合理的，而且與晶體本身的結(jié)構(gòu)更為接近，因此該模型被人們普遍采用，是作為建立摻雜晶體的最佳電荷補(bǔ)償形式[60]。本文研究LT晶體本征缺陷采用的是被普遍認(rèn)可的鋰空位模型。研究表明，與同成分鈮酸鋰相比較，鉭酸鋰晶體的本征缺陷更少[60]。同成分鈮酸鋰晶體的鎂摻雜閾值濃度為6mol％，而同成分摻鎂鉭酸鋰晶體比它的閾值濃度略低[60]。對(duì)于摻鎂濃度超過(guò)閾值的Fe、Mg雙摻鉭酸鋰晶體，Mg2+占據(jù)Li+位，F(xiàn)e3+只占據(jù)Ta5+位[60]。在實(shí)際應(yīng)用中，摻入LT晶體的Fe3+的濃度至少比Fe2+高一個(gè)數(shù)量級(jí)，其中Fe離子的含量一般為0.10mol%左右，在這種情況下，鐵離子通常代替正常晶格中的Li+[63]，電荷補(bǔ)償由鋰空位完成。對(duì)于Fe、Mg共摻鉭酸鋰晶體，在摻鎂濃度低于閾值濃度時(shí)，鐵離子和鎂離子均取代晶格中的Li+位，且產(chǎn)生鋰空位來(lái)保持電荷平衡；由于Mg2+的電負(fù)性比Fe3+的更接近Li+的電負(fù)性，在摻鎂濃度接近閾值濃度時(shí)，Mg將優(yōu)先占鋰位，F(xiàn)e占鉭位，電荷由Fe、Mg離子相互補(bǔ)償完成。因此本文在優(yōu)化后的理想模型基礎(chǔ)上建立以下模型：摻鐵鉭酸鋰Fe:LT，其電荷補(bǔ)償形式為2LiLiFe2V；鎂含量低于閾值的鐵鎂共摻鉭酸鋰，記為Fe:Mg:LT，它的電荷補(bǔ)償形式為2LiLiLiFeMg3V；鎂含量略大于閾值的鐵鎂共摻鉭酸鋰，記為Fe:Mg(E):LT，它的電荷補(bǔ)償形式為2LiTa2MgFe。超胞結(jié)構(gòu)模型如圖3.1所示。圖3.1晶體結(jié)構(gòu)模型(a)LT;(b)Fe:Mg:LT3.1.2計(jì)算方法本章采用基于密度泛函理論的平面波超軟贗勢(shì)方法進(jìn)行計(jì)算，由CASTEP軟件包LiTaOFeMg(a)(b)

西南大學(xué)碩士學(xué)位論文第3章鐵鎂共摻鉭酸鋰晶體的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)22近的能帶并沒(méi)有貢獻(xiàn)；各體系中，導(dǎo)帶主要由Ta5d貢獻(xiàn)，而價(jià)帶主要由O2p貢獻(xiàn)，O2p和Ta5d軌道在價(jià)帶有很多的交疊，形成較強(qiáng)的共價(jià)鍵；對(duì)于摻入Fe離子的體系，在禁帶中呈現(xiàn)的雜質(zhì)能級(jí)主要由Fe3d軌道貢獻(xiàn)，并與O的2p軌道有一定的相互作用，這說(shuō)明在晶體內(nèi)Fe和O之間形成了一定的成鍵。從圖3.4(a)可以看出，F(xiàn)e:Mg(E):LT晶體整體下移了2eV，這與能帶結(jié)構(gòu)圖中導(dǎo)帶與價(jià)帶的移動(dòng)是一致的。圖3.4晶體態(tài)密度圖(a)LT及不同摻Mg濃度的Fe:Mg:LT晶體態(tài)密度圖;(b)Fe:Mg:LT晶體分態(tài)密度圖圖3.5為Fe單摻以及Fe、Mg共摻體系禁帶附近分態(tài)密度，相比于純LT，圖中各摻雜體系有Fe雜質(zhì)離子與Ta5d或O2p軌道形成共價(jià)鍵，使得晶體內(nèi)能量下降，致使價(jià)帶和導(dǎo)帶下移，且?guī)侗燃僉T晶體�。ㄒ�(jiàn)圖3.3）。圖中顯示了由于晶體場(chǎng)的作用，在氧八面體內(nèi)Fe雜質(zhì)離子的3d軌道發(fā)生了分裂，形成能量較低以及能量較高

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]摻雜鈮酸鋰晶體的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)研究[D]. 趙佰強(qiáng).西南大學(xué) 2016



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