Третьяков Егор. Получение Sr9-xBaxTm(VO4)7: граница неоднофазности и неленейно-оптические свойства

Научный руководитель: Галлямов Эльдар Маратович, СУНЦ МГУ

Третьяков презентация

Цели: Определить границу неоднофазности витлокита Sr_9-xBa_xTm(VO₄)₇, используя метод РФА, изучить нелинейно-оптические свойства(способность к ГВГ).

Задачи:

1. Синтезировать вещества с общей формулой Sr_9-xBa_xTm(VO₄)₇ , где x принимает значения от 0 до 1 с шагом 0,5 и от 1 до 2 с шагом 0,25.
2. Провести рентгенофазовый анализ.
3. Изучить способность к генерации второй гармоники.

Был выбран Sr_9-xBa_xTm(VO₄)₇ так как он предположительно обладает следующими свойствами:
1.  Способность к генерации второй оптической гармоники
2.  Пространственная структура — R3C.
3.  При определенных условиях способен быть сегнетоэлектриком.
4.  Содержит в качестве редкоземельного металла тулий, занимающий октаэдрическую позиция, так же добавлялся барий, замещающий 8-координационные позиции.

Ход работы: Для работы был выбран ряд веществ с общей формулой Sr_9-xBa_xTm(VO₄)₇, где x принимает значения от 0 до 1 с шагом 0,5 и от 1 до 2 с шагом 0,25. Прекурсоры для синтеза: карбонат стронция, карбонат бария, оксид ванадия(V) и оксид тулия. Массы исходных веществ брались с расчетом на получение 2 грамм вещества при стопроцентном выходе.
Прекурсоры были перемешаны и оправлены в печь. В начале температура была 350 градусов, затем вещества достали и перемешали, после поставили в печь на 700 градусов и проделали те же операции, далее трижды повторили процедуру, только при 1000 градусах(все температуры указаны по шкале Цельсия). После проделанных шагов реакцию можно было считать завершенной. Изначально все порошки имели оранжевы цвет. После прокаливания порошки изменяли окраску, с бледно желтой при х = 0 до серой у веществ с х большим 0.5.

Рентгенофазовый анализ:При проведении РФА оказалось, что при добавлении катионов Ba структура кристаллической решетки вещества постепенно разрушается. По результатам РФА при x=1,25 однофазность теряется.

Анализ ГВГ: При отсутствии Ba ГВГ составляло 18 относительно кварцевого эталона, при x=0,5 ГВГ поднимается до 30, затем снижается до 4 при х=1, а потом и вовсе кристаллическая структура витлокита рушится и ГВГ снижается до 0.1 при x=1,25. Это подтверждает, что при переходе от 1 к 1,25 однофазность теряется.

Вывод: Используя РФА, было установлено, что при переходе от х=1 до 1,25 кристаллическая решетка вещества разрушается, откуда следует, что граница однофазности Sr_9-xBa_xTm(VO₄)₇ лежит в промежутке x, принадлежащем от 1 до 1,25. Получены нелинейно-оптические свойства, а именно ГВГ, значительно превосходящие кварцевый эталон.

Список литературы:

1. Химия твёрдого тела. Теория и приложение: в 2-х частях / А. Вест; перевод с английского канд. хим. наук Кауля А. Р. и канд. хим. наук Куценка И. Б.; под редакцией академика Ю. Д. Третьякова. — Москва: Мир, 1988, часть 1, с 64-66.
2. Петрова Д. А. Сегнетоэлектрики-витлокиты с высокой оптической нелинейностью// Москва, Химический факультет МГУ, 2017, с. 42-44.
3. Павлов П.В. Хохлов А.Ф. Физика твердого тела // Москва, «Высшая школа», 2000, с. 355.