Выполнено исследование процессов кластеризации в сегнетоэлектрической фазе стехиометрического кристалла ниобата лития (LiNbO3). Показано, что наиболее выгодным по энергии оказывается кластер с соотношением Li/Nb 0,945, что близко к соотношению лития к ниобию в конгруэнтном кристалле. Обнаружено, что кластер стехиометрического состава не может существовать из-за потери электронейтральности. В результате выполненного компьютерного моделирования установлены особенности кристаллической структуры при формировании энергетически равновесных дипольных кислородно-октаэдрических кластеров в сегнетоэлектрической фазе кристалла ниобата лития (LiNbO3), а именно, существует оптимальное соотношение между энергией кластера, его размером и соотношением Li/Nb.
The study of clustering processes in the ferroelectric phase of a stoichiometric lithium niobate crystal (LiNbO3) is performed. It is shown that the cluster with the ratio Li/Nb 0.945, which is close to the ratio of lithium to niobium in a congruent crystal, is the most energy-efficient cluster. It was found that the cluster of stoichiometric composition can not exist because of a loss of electroneutrality. It was established as a result of the computer simulation of the crystal structure features in the formation of energetically equilibrium dipole oxygen-octahedral clusters in the ferroelectric phase of the lithium niobate crystal (LiNbO3), that there is an optimal relationship between the cluster energy, its size and the Li/Nb ratio.
Предпросмотр статьи
Идентификаторы и классификаторы
Примененный в работе подход к расчету кластеров в структуре кристалла ниобата лития позволяет сохранить электронейтральность модельного кластера и не допустить разорванности структуры кислородных октаэдров на границах кластера. Проведённые расчёты выявили наличие кластера определённого размера, который имеет минимум энергии, и внутри которого образуется структура, стремящаяся к структуре конгруэнтного кристалла ниобата лития. При конгруэнтном соотношении Li/Nb существует минимум энергии, что доказывает энергетическую оптимальность конгруэнтного кристалла. Из расчётов также видно, что кластер стехиометрического состава не может существовать, поскольку не даёт возможность сохранить электронейтральность. Выполненные исследования показывают, что в кристалле ниобата лития существует оптимальное соотношение между энергетическим оптимумом и величиной кластера. При этом расчет кластера, включающего примерно 3500 ионов, приводит к максимальному соотношению Li/Nb, которое одновременно является наименее энергетически выгодным. Расчет кластеров, размер которых превышает 3500 ионов, обнаруживает резкое уменьшение их энергии. Из полученных графиков (рис. 1 и 2) видно, что наиболее энергетически выгодными являются кластеры размером порядка 7000 ионов.
Список литературы
1. Кузьминов Ю. С. Электрооптический и нелинейно оптический кристалл ниобата лития. – М.: Наука. 1987.
2. Блистанов А. А. Кристаллы квантовой и нелинейной оптики. – М.: МИСИС, 2000.
3. Гапонов А. Ю., Сюй А. В., Максименко В. А. // Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке. 2013. Т. 1. С. 224.
4. Смирнова А. Н., Азанова И. С., Неродовский М. М., Первадчук В. П., Кичигин В. И., Петухов И. В., Батурин И. С. // Вестник пермского университета. Сер. Физика. 2013. № 2(24). С. 76.
5. Kokhanchik L. S., Gainutdinov R. V., Mishina E. D., Lavrov S. D., Volk T. R. // Applied Physics Letters. 2014. Vol. 105. No. 14. P. 142901.
6. Черная Т. С., Волк Т. Р., Верин И. А., Симонов В. И. // Кристаллография. 2008. Т. 53. № 4. С. 612.
7. Воскресенский В. М., Стародуб О. Р., Сидоров Н. В., Палатников М. Н., Маврин Б. Н. // Кристаллография. 2011. Т. 56. № 2. С. 246.
8. Schröder Mathias, Haußmann Alexander, Thiessen Andreas, Soergel Elisabeth, Woike Theo, Eng Lukas M. // Advanced Functional Materials. 2012. Vol. 22. Issue 18. P. 3936.
9. Donnerberg H., Tomlinson S. M., Catlow C. R. A., Schirmer O. F. // Physical Review B. 1989. Vol. 40. No. 17. P. 11909.
10. Zotov N., Boysen H., Frey F., Metzger T., Born E. // J. Phys. Chem. Solids. 1994. Vol. 55. No. 2. Р. 145.
11. Лобов Д. В. Структура наноразмерных частиц минералов по данным компьютерного и рентгенографического экспериментов: автореф. дис. канд. физ.-мат. наук. Петрозаводск, 2005.
12. Федорова Е. П., Алешина Л. А., Сидоров Н. В., Чуфырев П. Г., Яничев А. А., Калинников В. Т., Воскресенский В. М. // Неорганические материалы. 2010. T. 46. № 2.
13. Volk T., Wohlecke M. Lithium niobate. Defects, photorefraction and ferroelectric switching. – Springer, 2008.
14. Воскресенский В. М., Стародуб О. Р., Сидоров Н. В., Палатников М. Н. // Кристаллография. 2017. Т. 62. № 2. С. 200.
1. Yu. S. Kuzminov, Electrooptical and Nonlinear Optical Crystals of Lithium Niobate. (Moscow, Nauka; 1987) [in Russian].
2. A. A. Blistanov, Crystals of quantum and nonlinear optics. (Moscow, MISIS, 2000) [in Russian].
3. A. Yu. Gaponov, A. V. Syui, and V. A. Maksimenko, Nauchno-Tekhnich. Sotrudnich. APR Stran v 21 Stoletii 1, 224 (2013).
4. A. N. Smirnova, I. S. Azanova, M. M. Nerodovskiy, V. P. Pervadchuk, V. I. Kichigin, I. V. Petukhov, and I. S. Baturin, Bulletin of Perm University. Series: Physics. No. 2(24), 76 (2013).
5. L. S. Kokhanchik, R. V. Gainutdinov, E. D. Mishina, S. D. Lavrov, and T. R. Volk, Appl. Phys. Lett. 105 (14), 142901 (2014).
6. T. S. Chernaya, T. R. Volk, I. A. Verin, and V. I. Simonov, Crystallogr. Rep. 53 (4), 573 (2008).
7. V. M. Voskresenskii, O. R. Starodub, N. V. Sidorov, M. N. Palatnikov, and B. N. Mavrin, Crystallogr. Rep. 56 (2), 221 (2011).
8. Mathias Schröder, Alexander Haußmann, Andreas Thiessen, Elisabeth Soergel, Theo Woike, Lukas M. Eng, Advanced Functional Materials 22 (18), 3936 (2012).
9. H. Donnerberg, S. M. Tomlinson, C. R. A. Catlow, and O. F. Schirmer, Physical Review B. 40 (17), 11909 (1989).
10. N. Zotov, H. Boysen, F. Frey, T. Metzger, and E. Born, J. Phys. Chem. Solids. 1994. 55 (2), 145 (1994).
11. D. V. Lobov, Extended Abstract of Candidate’s Dissertation in Physics and Mathematics (Petrozavodsk State Univ., Petrazavodsk, 2005) [in Russian].
12. E. P. Fedorova, L. A. Aleshina, N. V. Sidorov, P. G. Chufyrev, A. A. Yanichev, V. T. Kalinnikov, and V. M. Voskresensky, Inorganic Materials 46 (2), 247 (2010).
13. T. Volk and M. Wohlecke, Lithium niobate. Defects, photorefraction and ferroelectric switching. (Springer, 2008).
14. V. M. Voskresenskii, O. R. Starodub, N. V. Sidorov, and M. N. Palatnikov, Crystallogr. Rep. 62 (2), 205 (2017).
Выпуск
С О Д Е Р Ж А Н И Е
ОБЩАЯ ФИЗИКА
Бакеев И. Ю., Зенин А. А., Климов А. С., Окс Е. М. Распределение тепловых полей при электронно-лучевой обработке кварцевого стекла плазменным источником электронов 5
ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И ПЛАЗМЕННЫЕ МЕТОДЫ
Задириев И. И., Кралькина Е. А., Вавилин К. В., Швыдкий Е. В., Александров А. Ф. Комбинация емкостного высокочастотного разряда и разряда постоянного тока для использования в плазменном ускорителе с замкнутым дрейфом электронов. Часть I. Вольт-амперная характеристика и импеданс разряда 10
Гришин Ю. М., Мяо Л. Диаграмма режимов течения плазмы аргона в канале ВЧИ-плазмотрона 15
Глинов А. П., Головин А. П., Шалеев К. В. Влияние внешнего магнитного поля на устойчивость протяженного дугового разряда и формирование многоканальных токовых структур 21
Климов А. С., Зенин А. А., Окс Е. М. Генерация однородной эмиссионной плазмы в разрядной системе с протяженным полым катодом форвакуумного плазменного источника ленточного пучка электронов 29
Шумова В. В., Поляков Д. Н., Василяк Л. М. Граница перехода к полым пылевым структурам в разряде постоянного тока в неоне с микрочастицами 36
ФОТОЭЛЕКТРОНИКА
Трухачева Н. С., Седнев М. В., Трухачев А. В., Макарова Э. А., Наумова К. В. Исследование скорости травления nBp-гетероструктур на основе InGaAs 41
Юскаев М. Р., Пашкеев Д. А., Гончаров В. Е., Никонов А. В., Егоров А. В. Анализ спектров фотолюминесценции гетеро-структур с квантовыми ямами на основе AlGaAs/GaAs 47
ФИЗИЧЕСКОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Буташин А. В., Муслимов А. Э., Каневский В. М. Обратный магнитоэлектрический эффект в нанокристаллах феррита висмута 53
Кириенко Д. А., Березина О. Я. Исследование и прогнозирование деградации свойств пьезочувствительных элементов на базе композита оксида цинка и полимерных электролитов 58
Расмагин С. И., Апресян Л. А., Крыштоб В. И., Красовский В. И. Получение наночастиц серебра методом «зеленого» синтеза в присутствии редкоземельных ионов 64
Стародуб О. Р., Воскресенский В. М., Сидоров Н. В., Палатников М. Н. Математическое моделирование кластерообразования в кристаллах ниобата лития 70
Лясникова А. В., Дударева О. А., Маркелова О. А., Гришина И. П., Лясников В. Н. Плазменные биокомпозитные покры-тия на основе медьзамещенных кальцийфосфатов 75
Гусейнов Дж. И., Адгезалова Х. А., Гасанов О. М. Термоматериалы на основе твердых растворов PbSe-TbSe 80
ФИЗИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА И ЕЁ ЭЛЕМЕНТЫ
Маишев Ю. П., Шевчук С. Л., Кудря В. П. Экспериментальное исследование пространственного распределения плотности потока быстрых нейтральных частиц методом кварцевого микровзвешивания 86
Лелюхин А. С., Пискарёва Т. И., Корнев Е. А. Неклассический рентгеновский спектрометр на основе линейного многока-нального детектора 90
Лавринович И. В., Молчанов Д. В., Жарова Н. В. Новая конденсаторно-коммутаторная сборка для мощных импульсных генераторов 97
Кондратенко В. С., Сакуненко Ю. И., Тикменов В. Н. Кабельный датчик влажности 103
ИНФОРМАЦИЯ
Правила для авторов 108
C O N T E N T S
GENERAL PHYSICS
I. Yu. Bakeev, A. A. Zenin, A. S. Klimov, and E. M. Oks Distribution of thermal fields in a quartz glass during the electron-beam treatment by a plasma electron source 5
PLASMA PHYSICS AND PLASMA METHODS
I. I. Zadiriev, E. A. Kralkina, K. V. Vavilin, E. V. Shvidkiy, and A. F. Aleksandrov Combination of a capacitive high-frequency discharge and a DC discharge for use in a plasma accelerator with a closed electron drift. Part I. Volt-ampere characteristics and discharge impedance 10
Yu. M. Grishin and L. Miao Diagram of flow patterns of argon plasma in the RF induction plasma torch 15
A. P. Glinov, A. P. Golovin, and K. V. Shaleev Influence of an external magnetic field on the stability of an extended arc discharge and the formation of multichannel current structures 21
A. S. Klimov, A. A. Zenin, and E. M. Oks Homogeneous emission plasma generation in a discharge system with the extended hol-low cathode for a forevacuum plasma source of a ribbon electron beam 29
V. V. Shumova, D. N. Polyakov, and L. M. Vasilyak Boundary of transition to hollow dusts structures in a dc discharge in neon with microparticles 36
PHOTOELECTRONICS
N. S. Trukhacheva, M. V. Sednev, A. V. Trukhachev, E. A. Makarova, and K. V. Naumova Investigation of the etching rate of nBp heterostructures based on InGaAs 41
M. R. Yuskaev, D. A. Pashkeev, V. E. Goncharov, A. V. Nikonov, and A. V. Egorov Photoluminescence spectra of heterostructures with AlGaAs/GaAs quantum wells 47
PHYSICAL SCIENCE OF MATERIALS
A. V. Butashin, A. E. Muslimov, and V. M. Kanevski Inverse magnetoelectric effect in bismuth ferrite thin films 53
D. A. Kirienko and O. Y. Berezina Investigation and prediction of the degradation of the properties of piezoelectric elements based on the composite of zinc oxide and polymer electrolytes 58
S. I. Rasmagin, L. A. Apresyan, V. I. Kryshtob, and V. I. Krasovskii Preparation of silver nanoparticles by the “green” synthesis method in the presence of rare-earth ions 64
O. R. Starodub, V. M. Voskresensky, N. V. Sidorov, and M. N. Palatnikov Mathematical modeling of cluster formation in lithium niobate crystals 70
A. V. Lyasnikova, O. A. Dudareva, O. A. Markelova, I. P. Grishina, and V. N. Lyasnikov Plasma biocomposite coatings based on copper substituted calcium phosphates 75
Dzh. I. Guseynov, H. A. Adgezalova, and O. M. Gasanov Thermal materials based on PbSe-TbSe 80
PHYSICAL APPARATUS AND ITS ELEMENTS
Yu. P. Maishev, S. L. Shevchuk, and V. P. Kudrya Experimental study of the spatial distribution of the flux density of fast neutral particles by the quartz micro-weighting method 86
A. S. Lelyukhin, T. I. Piskaryova, and E. A. Kornev Non-classical X-ray spectrometer based on a linear multichannel detector 90
I. V. Lavrinovich, D. V. Molchanov, and N. V. Zharova New capacitor-switch assembly for pulsed power generators 97
V. S. Kondratenko, Yu. I. Sakunenko, and V. N. Tikmenov Cable humidity sensor 103
INFORMATION
Rules for authors 108
Другие статьи выпуска
Разработана экспериментальная система измерения пространственного распределения плотности пучка быстрых нейтральных частиц (БНЧ), основанная на использовании метода пьезокварцевых датчиков. С помощью программной обработки экспериментальных данных получены кривые распределения плотности потока частиц в сечении пучка.
В данной работе построена часть диаграммы состояния системы PbSe-TbSe со стороны PbSe. В системе получены твердые растворы на основании моноселенида свинца в области 0–8 мол. %. Исследованы некоторые электрофизические свойства (термо-ЭДС, электропроводность и теплопроводность) полученных сплавов в интервале температур 300– 700 K, и были определены термоэлектрическая добротность (Z, ZT), эффективность и фактор мощности P. Было обнаружено возникновение высокой термоэлектрической эффективности в образцах состава Tb0,05Pb0,95Se в средне температурных областях.
Исследована структура порошков медьзамещенных гидроксиапатита и трикальцийфосфата методами рентгенофазового анализа и инфракрасной спектроскопии. Приведены режимы плазменного напыления покрытий на основе порошков медьзамещенных гидроксиапатита и трикальцийфосфата, а также технологии обработки поверхности перед нанесением покрытия. Произведена сканирующая электронная микроскопия плазменных биокомпозитных покрытий на основе медьзамещенных порошков для выявления размеров частиц порошка, составляющих покрытие. Проанализирован химический состав покрытий на основе замещенных кальцийфосфатов. Проведены исследования адгезионных и гидрофильных характеристик плазмонапыленных покрытий.
Функционализирование разными способами ионов редкоземельных металлов с наночастицами благородных металлов позволяет создавать материалы с новыми оптическими свойствами. В работе изучено влияние ионов редкоземельных элементов Dy3+, Tm3+ и Eu3+ на характеристики наночастиц серебра, полученных методом “зеленого” синтеза с использованием экстракта мяты перечной. Отмечено возникновение оболочек, содержащих редкоземельные ионы, а также исследовано изменение характеристик получаемых наночастиц серебра в зависимости от концентрации экстракта мяты.
В работе представлены исследования влияния технологических параметров изготовления на электромеханические свойства пьезоэлектрических элементов, представляющих собой пленку композита «оксид цинка/полистиролсульфонат натрия/поливиниловой спирт». Описывается методика прогнозирования свойств пьезоэлементов с помощью математического аппарата искусственных нейронных сетей (ИНС). Показана применимость методов ИНС для совершенствования методики изготовления композита, позволяющая добиться увеличения участка линейной зависимости генерируемого заряда от прикладываемой нагрузки и устойчивости к многократным деформациям.
Методами рентгеновской дифракции и магнитно-силовой микроскопии исследовались пленки системы Bi25FeO39-BFO на R-срезах сапфира. В нанокристаллах BFO наблюдался эффект обратного магнитоэлектрического переключения при приложении напряжения величиной ±10 В вдоль поверхности пленки. Величина магнитного момента нанокристаллов BFO, определенная в модели двух малых магнитов, была порядка 10-8–10-9 emu.
Разработана методика контроля спектров фотолюминесценции для многослойных гетероэпитаксиальных структур с квантовыми ямами на основе AlGaAs/GaAs, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Проведен расчет уровней размерного квантования в квантовых ямах. Построены тепловые карты распределения значений длины волны и интенсивности в максимуме спектра фотолюминесценции по поверхности эпитаксиальных слоев различного состава. Картографирование позволило оценить однородность распределения состава и толщины эпитаксиальных слоев по поверхности образцов. Проведенное исследование является перспективным для усовершенствования методик входного и межоперационного контроля многослойных гетероэпитаксиальных структур, используемых в технологии изготовления матричных фотоприемных устройств ИК-диапазона.
В статье представлены результаты исследования влияния глубины химического травления на ВАХ элементов в матрицах ФЧЭ коротковолнового ИК-диапазона формата 320256 с шагом 30 мкм, изготовленных на основе гетероэпитаксиальных структур с поглощающим слоем InGaAs. Матрицы ФЧЭ изготовлены по мезапланарной технологии на nB(Al0,48In0,52As)pcтруктурах на подложках InP. На основе проведенных исследований оптимизирован процесс травления мезы на промежуточной операции маршрута изготовления МФЧЭ, что позволяет определить глубину травления, требуемую для получения низких темновых токов и оптимальной ампер-ваттной чувствительности. Изготовлены высокоэффективные матрицы фотодиодов форматов 320256 с шагом 30 мкм и 640512 с шагом 15 мкм с дефектностью, не превышающей 0,5 %.
Экспериментально получена граница (линия) перехода от сплошных пылевых структур к полым пылевым структурам в координатах «давление – ток разряда» в тлеющем разряде в неоне. Эксперименты выполнены для сферических частиц диаметром 2,55 и 4,14 мкм. Проведено моделирование линии перехода с помощью диффузионно-дрейфовой модели положительного столба разряда в неоне с учетом радиального градиента температуры. В результате моделирования экспериментальных данных обнаружено, что сила термофореза, действующая на микрочастицы в пылевой структуре, связана с параметрами разряда, зависит от размера микрочастиц и пылевой структуры. Результаты работы могут быть использованы в технологиях с пылевой плазмой.
Для разрядной системы с протяженным полым катодом, используемой в форвакуумном плазменном источнике ленточного электронного пучка, исследовано влияния геометрии катодной полости и рода плазмообразующего газа на однородность распределение концентрации плазмы в области эмиссионной границы. Показано, что наибольшее влияние на однородность распределения концентрации эмиссионной плазмы оказывает геометрические параметры разрядного промежутка электронного источника. При оптимальной геометрии разрядной системы определен диапазон токов разряда, давления и рода газа, обеспечивающие неоднородность распределения концентрации плазмы не более 20 % от среднего значения.
Проведено теоретическое и экспериментальное исследование устойчивости электродугового разряда между стержневыми графитовыми электродами в открытой воздушной атмосфере. Теоретический анализ основан на оценках возможности развития ключевых неустойчивостей разряда в атмосферных дугах: перегревной, конвективной и винтовой. Отмечено, что на падающих участках вольт-амперной характеристики возможно развитие многоканальных токовых структур. В экспериментах изучено влияние аксиального и азимутального внешнего магнитного поля на особенности устойчивости и структуры протяженного разряда. Получены сравнительные данные о возможностях стабилизации протяженного дугового разряда как во внешнем азимутальном магнитном поле, так и в аксиальном магнитном поле.
Проведены численные расчеты течения плазмы аргона в канале высокочастотного индукционного (ВЧИ) плазмотрона. Численное моделирование выполнено в пакете прикладных программ ANSYS CFX (14.5) для одного из конкретных конструктивных вариантов технологического ВЧИ-плазмотрона с трехвитковым индуктором при амплитуде тока разряда из диапазона JK = 80–250 A (с частотой 3 МГц). Показано, что, в зависимости от величин амплитуды тока разряда JK и расхода транспортирующего газа Q1 через осевой канал, могут иметь место три режима течения плазмы в канале ВЧИ-плазмотрона, а именно: потенциальный (безвихревой) режим и два вихревых режима с двумя различными формами вихревого образования, возникающего перед зоной энерговыделения с центром приблизительно в сечении первого витка индуктора. В координатах JK-Q1 построена диаграмма, определяющая области различных режимов течения плазмы. Рассчитаны основные параметры вихревых образований.
Экспериментально исследованы вольт-амперная характеристика и импеданс гибридного разряда, основанного на комбинации емкостного ВЧ-разряда и разряда постоянного тока, в источнике плазмы с геометрией ускорителя с замкнутым дрейфом электронов. Показано, что наличие ВЧ-составляющей приводит к расширению области существования разряда по сравнению с режимом постоянного тока. Наличие постоянного смещения активного электрода сопровождается уменьшением мнимой и ростом действительной частей импеданса разряда.
В статье представлены результаты исследования распределения температурного поля в кварцевых стеклах при электронно-лучевом нагреве. Показано, что, несмотря на низкий коэффициент теплопроводности кварцевого стекла, с увеличением времени электроннолучевого воздействия происходит прогрев всего образца, а градиент температур уменьшается. Предложена качественная модель, описывающая электронно-лучевой нагрев стыка двух кварцевых трубок, позволяющая оценить параметры области нагрева при сварке кварца. Показана принципиальная возможность электронно-лучевой сварки кварцевых трубок.
Издательство
- Издательство
- АО "НПО "ОРИОН"
- Регион
- Россия, Москва
- Почтовый адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- Юр. адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- ФИО
- Старцев Вадим Валерьевич (ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ДИРЕКТОР)
- E-mail адрес
- orion@orion-ir.ru
- Контактный телефон
- +7 (499) 3749400