Научный руководитель: Галлямов Эльдар Маратович, СУНЦ МГУ
Минерал витлокит обладает нелинейно-оптическими, сегнетоэлектрическими и ионопроводящими свойствами. Несмотря на длительное исследование, хорошо изучены только фосфаты кальция, а их аналоги из более редких элементов исследованы хуже. Выявление лучших образцов из выше указанных соединений позволит оптимизировать работу с лазерным излучением.
Цели: изучить способность к ГВГ; методом РФА определить границу появления примесных фаз и параметры элементарной ячейки.
Задачи: получить ванадаты стронция-лютеция-бария; исследовать полученные вещества.
В ходе данной работы было получено семь образцов веществ с разным содержанием катионов стронция и бария: от Sr9Lu(VO4)7 до Sr7Ba2Lu(VO4)7. Мы произвели расчеты масс реагентов для каждого образца, взвесили вещества, хорошо растёрли реагенты в ступке, переложили полученные смеси в тигли. После того, как все образцы готовы, мы отправили их в печь для спекания. Это необходимо было выполнить 5 раз при разных температурах: первый раз – при 350 градусах, второй раз – при 700, ещё три раза – при 1000. Процесс нагревания длился 10 часов, поддержание постоянной температуры – 50 часов, остывание происходило самопроизвольно. После каждой термообработки образцы вынимались из печи и растирались в ступке, затем помещались обратно в тигли.
Когда все образцы готовы, их нужно было разделить по эппендорфам и отправить на два анализа: ГВГ (генерация второй гармоники) и рентгенофазовый анализ.
Рентгенофазовый анализ:
Был построен график зависимости интенсивности рентгеновского излучения от угла 2θ, принадлежащего от 10 до 40 градусов с шагом 0.02, так как на этих углах эти углы находятся наиболее характерные дифракционные пики для витлоктоподобных структур.
Анализ ГВГ:
Через витлокит пропускалось лазерное излучение, ИК с длиной волны 1056 нм. В вещество входили x-2n фотона. Они обладали энергией Е и частотой v. При прохождении через витлокит часть из них сливалась, а именно 2n фотонов, и они уже обладали энергией 2Е, частотой 2v и длиной волны 528 нм, что соответствует зелёному цвету. За единицу в нашем случае принималось количество фотонов, слившихся при проходе через кварц, с этим количеством сравнивалось количество фотонов, прошедших через витлокитоподобную структуру.
У некоторых из исследованных соединений имеется резкое повышение интенсивности сигнала. Чем больше значение интенсивности – тем лучше выражены нелинейно-оптические свойства.
Первые 2 соединения однофазны, но при повышении количества бария на рентгенограмме появляются пики примесных фаз. Параметры элементарной ячейки повышаются при добавлении бария. Нелинейно-оптическая активность проявляется, но не была выявлена явная закономерность её зависимости от содержания бария.
Вывод:
Проведя исследование методом РФА, мы установили, что вещество однофазно и при увеличении количества бария растет количество примесных фаз. Однофазные образцы содержат барий в количество 0 и 0.5. Граница появления примесных фаз лежит в промежутке x около 1, так как мы начинаем видеть дополнительные пики и уже не можем говорить об отсутствии примесей. Данный витлокит имеет хороший показатель ГВГ при x=0.5, но при увеличении количества бария показатель падает.
Источники информации:
1) Belik A.A. et al. New noncentrosymmetric vanadates Sr9R(VO4)7 (R = Tm, Yb, and Lu): Synthesis, structure analysis, and characterization // Chem. Mater., 2005, v. 17(1), pp. 122–129.
2) Belik A.A. et al. Phase transitions in Sr-containing phosphates and vanadates with β-Ca3(PO4)2-related structures // Solid State Ionics, 2004, v. 172(1-4), pp. 533–537.
3) Словохотов Ю.Л. Материалы по курсу кристаллохимии Часть 2 Кристаллические решетки и пространственные группы Химический факультет МГУ. — Баку, 2012
4) Иванов Н.А. Генерация второй оптической гармоники Методические рекомендации ВПО ИГУ Кафедра общей физики. — Иркутск, 2005
5) Иона, Ф. Сегнетоэлектрические кристаллы / Ф. Иона, Д. Ширане; пер. с англ. Л. А. Фейгина под ред. Л. А. Шувалова. – Москва, Мир, 1965. – 555 с.
6) Воробьев А.А. О свойствах ионных диэлектриков Известия томского ордена трудового красного знамени политехнического института имени С.М.Кирова, том 91. — 1956 г. – 173-192 с.
7) Хачатурян А. Г. Теория фазовых превращений и структура твёрдых растворов. — Москва: Металлургия, 1974.
8) Ковба Л.М. Рентгенофазовый анализ, издание второе. – Издательство московского университета, 1976