ИХТРЭМС КНЦ РАН, г. Апатиты:

В. М. Воскресенский, аспирант

О. Р. Стародуб, науч. сотр., e-mail: starodub@chemy.kolasc.net.ru

Н. В. Сидоров, зав. сектором

М. Н. Палатников, зав. сектором

В. Т. Калинников, директор

В настоящей работе было изучено упорядочение структурных искажений кислородно-октаэдрических кластеров кристалла ниобата лития в рамках полуклассической атомистической модели. Выполнено компьютерное моделирование процессов, происходящих при получении энергетически равновесных кислородно-октаэдрических кластеров в сегнетоэлектрической фазе монокристалла ниобата лития (LiNbO₃) в зависимости от размера образования. Для этого был использован комплекс программ, который позволил минимизировать энергию кластеров за счет движения или удаления «критических» атомов, т. е. тех, у которых полная энергия положительна. Полученные результаты были сопоставлены с данными вакансионных моделей упорядочения структурных единиц катионной подрешетки ниобата лития. Доказано, что наиболее упорядоченной является структура кластера, выстроенного в направлении кристаллографической оси y, где она удовлетворительно описывалась вакансионной моделью (М5/2) с произвольным расположением избыточных ионов Nb⁵⁺ в позициях Li⁺ и в вакантных соседних октаэдрах; наименее упорядоченной — в направлении полярной оси z. В направлении этой оси наблюдали наибольший разброс в значении R = Li/Nb. При построении кластера вдоль оси x его структуру в зависимости от размера последовательно описывали разными типами вакансионных моделей. Предпринята попытка наглядно представить процессы, происходящие при образовании энергетически равновесного кристалла ниобата лития. Задачей работы был не количественный, а именно качественный взгляд на проблемы дефектообразования в монокристаллах ниобата лития с тем, чтобы представить процессы изменения положения атомов при увеличении размеров кластера в кристалле.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта «Ведущие научные школы» № НШ 6722.2010.3.

1. Wilkinson A. P., Cheetham A. K., Jarman R. H. The defect structure of congruently melting lithium niobate // J. Appl. Phys. 1993. Vol. 74, N 5. P. 3080–3083.
2. Кузьминов Ю. С. Электрооптический и нелинейно-оптический кристалл ниобата лития. — М. : Наука, 1987. — 264 с.
3. Cидоров Н. В., Волк Т. Р., Маврин Б. Н., Калинников В. Т. Ниобат лития: дефекты, фоторефракция, колебательный спектр, поляритоны. — М. : Наука, 2003. — 255 с.
4. Бурачас С. Ф., Васильев А. А., Ипполитов М. С., Манько В. И., Савельев Ю. А., Тамулайтис Г. Влияние кластерных дефектов переменного состава на оптические и радиационные характеристики оксидных кристаллов // Кристаллография. 2007. Т. 52, № 6. C. 1124–1130.
5. Iyi N., Kitamura K., Izumi F., Yamamoto J. K., Hayashi T., Asano H., Kimura S. Comparative study of defect structures in lithium niobate with different compositions // J. Solid State Chem. 2002. Vol. 101. Р. 340–352.
6. Donnerberg H., Tomlinson S. M., Catlow C. R. A., Schirmer O. F. Computer-simulation of intrinsic defects in LiNbO₃ crystals // Physical Review B. 1989. Vol. 40, N 17. P. 11 909–11 913.
7. Zotov N., Boysen H., Frey F., Metzger T., Born E. Cation substitution models of congruent LiNbO₃ investigated by X-Ray and neutron powder diffraction // J. Phys. Chem. Solids. 1994. Vol. 55, N 2. Р. 145–152.
8. Федорова Е. П., Алешина Л. А., Сидоров Н. В., Чуфырев П. Г., Яничев А. А., Калинников В. Т., Воскресенский В. М. Исследование характера упорядочения катионов в кристаллах ниобата лития // Неорганические материалы. 2010. T. 46, № 2. C. 247–252.
9. Максимов Е. Г., Зиненко В. И., Замкова Н. Г. Расчеты физических свойств ионных кристаллов из первых принципов // Успехи физ. наук. 2004. Т. 174, № 11. C. 1145–1170.