鈮酸鋰晶體摻雜離子與本徵缺陷相互作用的機理探索

《鈮酸鋰晶體摻雜離子與本徵缺陷相互作用的機理探索》是依託山東大學，由李妍璐擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：鈮酸鋰晶體摻雜離子與本徵缺陷相互作用的機理探索
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李妍璐
• 依託單位：山東大學

中文摘要

鈮酸鋰是一種具有多功能效應的光學晶體材料，是少數經久不衰並不斷開發新功能特性和套用領域的重要材料。其晶格幾乎能夠容納所有金屬元素高濃度摻雜，實現對其物理化學性能的調控。然而鈮酸鋰晶體中存在大量的本徵缺陷，摻雜離子與本徵缺陷的相互作用機理還不明確。本項目擬結合密度泛函理論、格林函式多體微擾理論和從頭算分子動力學，研究摻雜離子進入鈮酸鋰晶格後與本徵缺陷相互作用的幾何結構、電荷補償形式和機制，以及摻雜離子和本徵缺陷形成和運動的動力學過程，對摻雜離子的占位難易規律予以合理解釋。同時，發展晶體二階極化率的計算程式，探討缺陷和摻雜對鈮酸鋰晶體線性和非線性光學回響的調製規律，以期為以鈮酸鋰為代表的ABO3類晶體的摻雜改性及其在非線性光學中的實際套用提供理論指導。

結題摘要

鈮酸鋰一種集電光、聲光、非線性光學、光折變和雷射活性等多種功能特性於一體的光學晶體材料。其特殊的晶體結構，使其幾乎能夠容納所有金屬作為雜質高濃度摻入晶格。摻雜作為調控晶體物理化學特性的重要手段，能夠拓寬鈮酸鋰的套用範圍。鈮酸鋰晶體中存在大量本徵缺陷，摻雜離子與本徵缺陷的相互作用對其摻雜占位、電子結構等性質具有重要影響。本項目基於第一性原理，研究了不同類型的摻雜離子在鈮酸鋰晶體中的摻雜形式以及摻雜後的電子結構特徵，探討不同類型摻雜離子的價態、電子組態等對晶體光學性質的影響規律。在此基礎上，研究本徵缺陷與摻雜離子相互作用機理，為鈮酸鋰的摻雜改性以及在光學中的實際套用提供理論指導。 本項目取得的重要成果和結論如下：（1）研究了系列抗光折變和光折變離子在鈮酸鋰晶體中穩定存在的結構、電子結構和光吸收、二階極化率等線性和非線性光學性質，探討了摻雜濃度對摻雜離子穩定性和相關性質的影響。研究表明，抗光折變離子的閉殼層電子結構決定了摻雜後鈮酸鋰的抗光損傷能力；光折變離子會產生電子捕獲行為，與局域晶格相互作用形成極化子（小極化子和雙極化子），其極化行為是影響鈮酸鋰光折變的重要因素。（2）通過定義摻雜離子從A移動到B位點的轉變能，研究了同成分鈮酸鋰中系列抗光折變和光折變離子的占位難易規律。研究表明，同種類型的摻雜離子進入鈮酸鋰晶格後優先占據NbLi位、正常格點的Li位和Nb位的順序，主要由摻雜離子的價態以及相應反位缺陷的形成能決定，其占位的優先順序是影響摻雜閾值的重要因素。（3）研究了系列抗光折變和光折變離子與本徵缺陷的相互作用機理。研究表明，抗光折變離子形成的缺陷團簇均保持原有的C3對稱性，而光折變離子形成的缺陷團簇則會打破原有的C3對稱性；抗光折變離子通過取代NbLi減少本徵光折變中心，且從能量上抑制NbLi的產生，從而提高抗光折變能力；光折變離子與NbLi產生捕獲電子的競爭，一定程度上抑制了NbLi捕獲電子而產生光折變。