Российские химики-исследователи научились выращивать кристаллы сложного оксида состава Y₂Be₂SiO₇, являющегося перспективным материалом для оптоэлектроники, который может быть также использован в качестве кристаллической среды для лазерных кристаллов.

?Оксидные кристаллы, активированные ионами хрома (Cr⁴⁺), интересны как активные среды для перестраиваемых в ближней инфракрасной области спектра (1,3-1,5 мкм), и как работающие на эффекте насыщаемого поглощения пассивные затворы одномикронных лазеров. Поэтому, для активации ионами Cr⁴⁺ оптимальны такие кристаллические среды, в кристаллической структуре которых содержатся позиции с тетраэдрической координацией?, говорят авторы разработки - Кутовой С.А., Кузьмичева Г.М., Панютин В.Л. и Олейник А.Ю.

?К известным на сегодняшний день допированных Cr⁴⁺ лазерным средам относятся форстерит Mg₂SiO₄ и гранат Y₃Al₅O₁₂ , в структурах которых наряду с тетраэдрическими содержатся октаэдрические позиции, куда охотно входят ионы хрома с обычным формальным зарядом Cr³⁺ . Вследствие этого содержание Cr⁴⁺ в кристаллах обычно очень низко. Например, в гранатах при общем содержании хрома ~1 % ат. типичные концентрации тетраэдрически координированного Cr⁴⁺ составляют лишь сотые доли от концентрации Cr³⁺, занимающих октаэдрические позиции.?

Исследователи разработали способ получения сложного оксида состава Y₂Be₂SiO₇, кристаллизующегося в структуре семейства мелилита, который был получен по методу Чохральского, аналогично другому сложному оксиду - скандоборату лантана, что предопределяет возможность промышленного производства кристаллов диаметром 15 мм и длиной 30 мм хорошего оптического качества на ростовой установке "Кристалл-3" при следующих условиях: азотно-кислородная атмосфера выращивания - N₂/O₂ с относительной объемной концентрацией 98/2 (об.%); иридиевый тигель 40x2x40 мм; температура на поверхности расплава около 1650°С; затравка - иридиевый стержень; скорость вытягивания 1,5-3 мм/ч; скорость вращения штока 10 об/мин; теплоизоляция ростовой камеры - керамика Al₂O₃, ZrO₂.

Ранее, в предыдущих исследованиях [Ваrtrаm S.F. Сrystal struсture оf Y ₂ Be ₂ SiO ₇ . // Асtа сristallogrарhiса, В. 1969, v.25, p. 791-795] уже были описаны способы получения Y₂Be₂SiO₇. Тогда поликристаллические образцы Y₂Be₂SiO₇, были синтезированы на воздухе при температуре +1350°С в течение 100 часов из стехиометрического количества оксидов иттрия, кремния и бериллия, предварительно спрессованных в таблетку. Полученные монокристаллы размером 0,15х0,15х0,2 мм получались при газовом транспорте SiO₂ на поверхности стержня BeO-Y₂O₃ в печи Глобара, в которой в качестве изолятора использовались кирпичи из SiO₂. Но данные поликристаллические образцы и монокристаллы такого малого размера не могут быть использованы в качестве среды для лазерных кристаллов.

Поэтому, ученые задались целью ? разработать способ получения больших размеров сложного оксида состава Y₂Be₂SiO₇, кристаллизующегося в структуре семейства мелилита.

Сущность разработанного российскими исследователи способа состоит в том, что в качестве исходных материалов для получения сложного оксида формулы Y₂Be₂SiO₇ использовались высокочистые порошки оксидов иттрия, кремния и бериллия в следующем весовом соотношении: оксид иттрия - 76,21-67,22%, оксид кремния - 17,89-12,98%, оксид бериллия - остальное содержание до 100%. После перемешивания высокочистых порошков, смесь прессуют в виде таблеток диаметром 30 мм. Сами таблетки обжигают в муфельной печи при температуре +1195-1205°С течение 19-20 часов, после чего их помещают в тигель, плавят и выращивают кристалл из расплава с температурой на поверхности +1645-1655°С по методу Чохральского.

Таким образом, ученым удалось получать кристаллы диаметром 15 мм и длиной 30 мм хорошего оптического качества, что предопределяет возможность промышленного производства этих кристаллов и использования их в качестве кристаллической среды для лазерных кристаллов.

Информация для контакта:

109507, Москва, ул. Ферганская, 28/7, кв.262, Г. М. Кузьмичева