Niobato de lítio - Lithium niobate

Niobato de lítio
Linbo3 Unit Cell.png
LiNbO3.png
__ Li +       __ Nb 5+       __ O 2−
Nomes
Outros nomes
Óxido de lítio e nióbio, trióxido de lítio e nióbio
Identificadores
Modelo 3D ( JSmol )
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.031.583 Edite isso no Wikidata
  • InChI = 1S / Li.Nb.3O / q + 1 ;;;; - 1  Verifica Y
    Chave: GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N  Verifica Y
  • InChI = 1 / Li.Nb.3O / q + 1 ;;;; - 1 / rLi.NbO3 / c; 2-1 (3) 4 / q + 1; -1
    Chave: GQYHUHYESMUTHG-YHKBGIKBAK
  • [Li +]. [O -] [Nb] (= O) = O
Propriedades
LiNbO 3
Massa molar 147,846 g / mol
Aparência sólido incolor
Densidade 4,65 g / cm 3
Ponto de fusão 1.257 ° C (2.295 ° F; 1.530 K)
Nenhum
Gap de banda 4 eV
n o 2,30, n e 2,21
Estrutura
trigonal
R3c
3m (C 3v )
Perigos
Dose ou concentração letal (LD, LC):
LD 50 ( dose mediana )
8000 mg / kg (oral, rato)
Exceto onde indicado de outra forma, os dados são fornecidos para materiais em seu estado padrão (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
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Referências da Infobox

O niobato de lítio ( Li Nb O 3 ) é um sal de ocorrência não natural que consiste em nióbio , lítio e oxigênio . Seus monocristais são um material importante para guias de ondas ópticas, telefones celulares, sensores piezoelétricos, moduladores ópticos e várias outras aplicações ópticas lineares e não lineares. O niobato de lítio às vezes é conhecido pelo nome comercial de linobato .

Propriedades

O niobato de lítio é um sólido incolor e insolúvel em água. Possui sistema de cristal trigonal , que carece de simetria de inversão e apresenta ferroeletricidade , efeito Pockels , efeito piezoelétrico , fotoelasticidade e polarizabilidade ótica não linear . O niobato de lítio tem birrefringência uniaxial negativa que depende ligeiramente da estequiometria do cristal e da temperatura. É transparente para comprimentos de onda entre 350 e 5200 nanômetros .

O niobato de lítio pode ser dopado com óxido de magnésio , que aumenta sua resistência a danos ópticos (também conhecido como dano fotorrefrativo) quando dopado acima do limite de dano óptico . Outros contaminantes estão disponíveis Fe , Zn , Hf , Cu , Gd , Er , Y , Mn e B .

Crescimento

Cristais únicos de niobato de lítio podem ser cultivados usando o processo Czochralski .

Um wafer de niobato de lítio de cristal único com corte Z

Depois que um cristal é crescido, ele é cortado em bolachas de orientação diferente. As orientações comuns são corte Z, corte X, corte Y e cortes com ângulos girados dos eixos anteriores.

Filmes finos

O niobato de lítio de filme fino (por exemplo, para guias de onda ópticos ) pode ser cultivado em safira e outros substratos, usando o processo MOCVD . A tecnologia é conhecida como Lithium Niobate-On-Insulator (LNOI).

Nanopartículas

Nanopartículas de niobato de lítio e pentóxido de nióbio podem ser produzidas em baixa temperatura. O protocolo completo implica uma redução de NbCl 5 induzida por LiH seguida por oxidação espontânea in situ em nano-óxidos de nióbio de baixa valência. Esses óxidos de nióbio são expostos à atmosfera do ar resultando em Nb 2 O 5 puro . Finalmente, o Nb 2 O 5 estável é convertido em nanopartículas de niobato de lítio LiNbO 3 durante a hidrólise controlada do excesso de LiH. Nanopartículas esféricas de niobato de lítio com um diâmetro de aproximadamente 10 nm podem ser preparadas impregnando uma matriz de sílica mesoporosa com uma mistura de uma solução aquosa de LiNO 3 e NH 4 NbO (C 2 O 4 ) 2 seguido por 10 min de aquecimento em infravermelho forno.

Formulários

O niobato de lítio é amplamente utilizado no mercado de telecomunicações, por exemplo, em telefones celulares e moduladores ópticos . É o material de escolha para a fabricação de dispositivos de ondas acústicas de superfície . Para alguns usos, ele pode ser substituído por tantalato de lítio , Li Ta O 3 . Outros usos são em duplicação de freqüência de laser , óptica não linear , células de Pockels , osciladores paramétricos ópticos , dispositivos de comutação Q para lasers, outros dispositivos acústico-ópticos , chaves ópticas para freqüências gigahertz, etc. É um excelente material para a fabricação de guias de ondas ópticas . Também é usado na fabricação de filtros ópticos de passagem baixa ( anti-aliasing ) espaciais .

Nos últimos anos, o niobato de lítio tem encontrado aplicações como uma espécie de pinça eletrostática, uma abordagem conhecida como pinça optoeletrônica, pois o efeito requer excitação de luz para ocorrer. Esse efeito permite a manipulação precisa de partículas em escala micrométrica com alta flexibilidade, uma vez que a ação de pinça é restrita à área iluminada. O efeito é baseado em campos elétricos muito altos gerados durante a exposição à luz (1–100 kV / cm) dentro do ponto iluminado. Esses campos intensos também estão encontrando aplicações em biofísica e biotecnologia, pois podem influenciar organismos vivos de várias maneiras. Por exemplo, niobato de lítio dopado com ferro excitado com luz visível mostrou produzir morte celular em culturas de células tumorais.

Niobato de lítio periodicamente polido (PPLN)

O niobato de lítio periodicamente polido ( PPLN ) é um cristal de niobato de lítio de engenharia de domínio, usado principalmente para obter correspondência de quase-fase em óptica não linear . Os ferroeléctricos domínios apontar alternativamente para a + c e o -c direcção, com um período de tipicamente entre 5 e 35 ? M . Os períodos mais curtos desta faixa são usados ​​para geração de segundo harmônico , enquanto os mais longos para oscilação paramétrica óptica . O poling periódico pode ser obtido por poling elétrico com eletrodo estruturado periodicamente. O aquecimento controlado do cristal pode ser usado para fazer o ajuste fino da correspondência de fase no meio devido a uma ligeira variação da dispersão com a temperatura.

O poling periódico usa o maior valor do tensor não linear do niobato de lítio, d 33 = 27 pm / V. O casamento de quase-fase fornece eficiências máximas que são 2 / π (64%) do d 33 completo , cerca de 17 pm / V.

Outros materiais usados ​​para poling periódico são cristais inorgânicos de gap largo como KTP (resultando em KTP periodicamente polido , PPKTP ), tantalato de lítio e alguns materiais orgânicos.

A técnica de poling periódico também pode ser usada para formar nanoestruturas de superfície .

No entanto, devido ao seu baixo limite de dano fotorrefrativo, o PPLN encontra apenas aplicações limitadas: em níveis de potência muito baixos. O niobato de lítio dopado com MgO é fabricado pelo método de polimento periódico. O niobato de lítio dopado com MgO periodicamente polido (PPMgOLN), portanto, expande a aplicação para um nível de potência médio.

Equações de Sellmeier

As equações de Sellmeier para o índice extraordinário são usadas para encontrar o período de polarização e a temperatura aproximada para o casamento de quase-fase. Jundt dá

válido de 20 a 250 ° C para comprimentos de onda de 0,4 a 5 micrômetros , enquanto que para comprimentos de onda mais longos,

que é válido para T = 25 a 180 ° C, para comprimentos de onda λ entre 2,8 e 4,8 micrômetros.

Nessas equações f = ( T - 24,5) ( T + 570,82), λ está em micrômetros e T está em ° C.

Mais geralmente, para índice ordinário e extraordinário para Li Nb O 3 dopado com MgO :

,

com:

Parâmetros CLN 5% dopado com MgO SLN dopado com 1% de MgO
n e n o n e
a 1 5,756 5,653 5.078
a 2 0,0983 0,1185 0,0964
a 3 0,2020 0,2091 0,2065
a 4 189,32 89,61 61,16
a 5 12,52 10,85 10,55
a 6 1,32 × 10 −2 1,97 × 10 −2 1,59 × 10 −2
b 1 2.860 × 10 −6 7,941 × 10 −7 4,677 × 10 -7
b 2 4.700 × 10 −8 3,134 × 10 −8 7,822 × 10 −8
b 3 6,113 × 10 −8 −4,641 × 10 −9 −2,653 × 10 −8
b 4 1,516 × 10 −4 -2,188 × 10 −6 1.096 × 10 −4

para Li Nb O 3 congruente (CLN) e Li Nb O 3 estequiométrico (SLN).

Veja também

Referências

Leitura adicional

  • Ferraro, Pietro; Grilli, Simonetta; De Natale, Paolo, eds. (2009). Cristais ferroelétricos para aplicações fotônicas, incluindo fabricação em nanoescala e técnicas de caracterização . Springer Series in Materials Science. 91 . doi : 10.1007 / 978-3-540-77965-0 . ISBN   978-3-540-77963-6 .

links externos