El niobato de litio ( Li Nb O 3 ) es una sal no natural que consta de niobio , litio y oxígeno . Sus monocristales son un material importante para guías de ondas ópticas, teléfonos móviles, sensores piezoeléctricos, moduladores ópticos y varias otras aplicaciones ópticas lineales y no lineales. [4] El niobato de litio a veces se denomina linobato de marca . [5]
Nombres | |
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Otros nombres Óxido de litio y niobio, trióxido de litio y niobio | |
Identificadores | |
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Modelo 3D ( JSmol ) | |
ChemSpider | |
Tarjeta de información ECHA | 100.031.583 |
PubChem CID | |
Tablero CompTox ( EPA ) | |
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Propiedades | |
LiNbO 3 | |
Masa molar | 147,846 g / mol |
Apariencia | sólido incoloro |
Densidad | 4,65 g / cm 3 [1] |
Punto de fusion | 1.257 ° C (2.295 ° F; 1.530 K) [1] |
Ninguno | |
Brecha de banda | 4 eV |
Índice de refracción ( n D ) | n o 2.30, n e 2.21 [2] |
Estructura | |
trigonal | |
R3c | |
3m (C 3v ) | |
Peligros | |
Dosis o concentración letal (LD, LC): | |
LD 50 ( dosis media ) | 8000 mg / kg (oral, rata) [3] |
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |
verificar ( ¿qué es ?) | |
Referencias de Infobox | |
Propiedades
El niobato de litio es un sólido incoloro e insoluble en agua. Tiene un sistema de cristal trigonal , que carece de simetría de inversión y muestra ferroelectricidad , efecto Pockels , efecto piezoeléctrico , fotoelasticidad y polarizabilidad óptica no lineal . El niobato de litio tiene una birrefringencia uniaxial negativa que depende ligeramente de la estequiometría del cristal y de la temperatura. Es transparente para longitudes de onda entre 350 y 5200 nanómetros .
El niobato de litio se puede dopar con óxido de magnesio , que aumenta su resistencia al daño óptico (también conocido como daño fotorrefractivo) cuando se dopa por encima del umbral de daño óptico . Otros dopantes disponibles son Fe , Zn , Hf , Cu , Gd , Er , Y , Mn y B .
Crecimiento
Los monocristales de niobato de litio se pueden cultivar mediante el proceso de Czochralski . [6]
Después de que un cristal ha crecido, se corta en obleas de diferente orientación. Las orientaciones comunes son corte en Z, corte en X, corte en Y y cortes con ángulos rotados de los ejes anteriores. [7]
Peliculas delgadas
El niobato de litio de película delgada (por ejemplo, para guías de ondas ópticas ) se puede cultivar en zafiro y otros sustratos, utilizando el proceso MOCVD . [8] La tecnología se conoce como niobato de litio sobre aislante (LNOI). [9]
Nanopartículas
Se pueden producir nanopartículas de niobato de litio y pentóxido de niobio a baja temperatura. [10] El protocolo completo implica una reducción inducida por LiH de NbCl 5 seguida de oxidación espontánea in situ en nanoóxidos de niobio de baja valencia. Estos óxidos de niobio se exponen a la atmósfera del aire dando como resultado Nb 2 O 5 puro . Finalmente, el Nb 2 O 5 estable se convierte en nanopartículas de niobato de litio LiNbO 3 durante la hidrólisis controlada del exceso de LiH. [11] Se pueden preparar nanopartículas esféricas de niobato de litio con un diámetro de aproximadamente 10 nm impregnando una matriz de sílice mesoporosa con una mezcla de una solución acuosa de LiNO 3 y NH 4 NbO (C 2 O 4 ) 2 seguido de 10 min de calentamiento. en un horno de infrarrojos. [12]
Aplicaciones
El niobato de litio se utiliza ampliamente en el mercado de las telecomunicaciones, por ejemplo, en teléfonos móviles y moduladores ópticos . [13] Es el material de elección [ ¿por qué? ] para la fabricación de dispositivos de ondas acústicas de superficie . Para algunos usos, puede ser reemplazado por tantalato de litio , Li Ta O 3 . Otros usos son en duplicación de frecuencia láser , óptica no lineal , celdas de Pockels , osciladores paramétricos ópticos , dispositivos de conmutación Q para láseres, otros dispositivos acústico-ópticos , interruptores ópticos para frecuencias gigahercios, etc. Es un material excelente para la fabricación de guías de ondas ópticas . También se utiliza en la fabricación de filtros ópticos espaciales de paso bajo ( anti-aliasing ).
En los últimos años, el niobato de litio está encontrando aplicaciones como una especie de pinzas electrostáticas, un enfoque conocido como pinzas optoelectrónicas, ya que el efecto requiere que se produzca la excitación de la luz. [14] [15] Este efecto permite la manipulación fina de partículas de escala micrométrica con alta flexibilidad, ya que la acción de pinzar se limita al área iluminada. El efecto se basa en los campos eléctricos muy altos generados durante la exposición a la luz (1–100 kV / cm) dentro del punto iluminado. Estos campos intensos también están encontrando aplicaciones en biofísica y biotecnología, ya que pueden influir en los organismos vivos de diversas formas. [16] Por ejemplo, se ha demostrado que el niobato de litio dopado con hierro excitado con luz visible produce muerte celular en cultivos de células tumorales. [17]
Niobato de litio de polos periódicos (PPLN)
El niobato de litio de polos periódicos ( PPLN ) es un cristal de niobato de litio diseñado en dominios, que se utiliza principalmente para lograr una coincidencia de cuasifase en la óptica no lineal . Los dominios ferroeléctricos apuntan alternativamente a la dirección + cy la dirección −c , con un período típicamente entre 5 y 35 µm . Los períodos más cortos de este rango se utilizan para la segunda generación de armónicos , mientras que los más largos para la oscilación paramétrica óptica . El pulido periódico se puede lograr mediante el pulido eléctrico con un electrodo estructurado periódicamente. El calentamiento controlado del cristal se puede utilizar para ajustar la coincidencia de fases en el medio debido a una ligera variación de la dispersión con la temperatura.
El sondeo periódico utiliza el valor más grande del tensor no lineal del niobato de litio, d 33 = 27 pm / V. El emparejamiento cuasifásico proporciona eficiencias máximas que son 2 / π (64%) del d 33 completo , alrededor de 17 pm / V. [18]
Otros materiales utilizados para el pulido periódico son cristales inorgánicos de banda ancha como KTP (que dan como resultado KTP , PPKTP con polos periódicos ), tantalato de litio y algunos materiales orgánicos.
La técnica de polinización periódica también se puede utilizar para formar nanoestructuras de superficie . [19] [20]
Sin embargo, debido a su bajo umbral de daño fotorrefractivo, PPLN solo encuentra aplicaciones limitadas: a niveles de potencia muy bajos. El niobato de litio dopado con MgO se fabrica mediante el método de polos periódicos. Por lo tanto, el niobato de litio dopado con MgO de polos periódicos (PPMgOLN) expande la aplicación a un nivel de potencia medio.
Ecuaciones de Sellmeier
Las ecuaciones de Sellmeier para el índice extraordinario se utilizan para encontrar el período de poling y la temperatura aproximada para el emparejamiento cuasifásico. Jundt [21] da
válido de 20 a 250 ° C para longitudes de onda de 0,4 a 5 micrómetros , mientras que para longitudes de onda más largas, [22]
que es válido para T = 25 a 180 ° C, para longitudes de onda λ entre 2.8 y 4.8 micrómetros.
En estas ecuaciones f = ( T - 24.5) ( T + 570.82), λ está en micrómetros y T está en ° C.
De manera más general, para el índice ordinario y extraordinario de Li Nb O 3 dopado con MgO :
,
con:
Parámetros | CLN dopado con MgO al 5% | SLN dopado con MgO al 1% | |
---|---|---|---|
n e | n o | n e | |
un 1 | 5.756 | 5.653 | 5.078 |
un 2 | 0.0983 | 0.1185 | 0.0964 |
un 3 | 0,2020 | 0,2091 | 0,2065 |
a 4 | 189,32 | 89,61 | 61,16 |
un 5 | 12.52 | 10,85 | 10,55 |
un 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 (CLN) y estequiométrico Li Nb O 3 (SLN) congruentes . [23]
Ver también
- Cristal
- Estructura cristalina
- Cristalita
- Aspectos de cristalización e ingeniería
- Cristal de semillas
- Cristal individual
- Crecimiento de pedestal calentado por láser
- Micro-Pulling-Down
Referencias
- ^ a b Hoja de especificaciones de Crystal Technology, Inc.
- ^ "Luxpop" . Consultado el 18 de junio de 2010 .(Valor en n D = 589,2 nm, 25 ° C.)
- ^ "ChemIDplus - 12031-63-9 - PSVBHJWAIYBPRO-UHFFFAOYSA-N - Niobato de litio - Búsqueda de estructuras similares, sinónimos, fórmulas, enlaces de recursos y otra información química" .
- ^ Weis, RS; Gaylord, TK (1985). "Niobato de litio: resumen de propiedades físicas y estructura cristalina". Física aplicada A: Ciencia y procesamiento de materiales . 37 (4): 191-203. doi : 10.1007 / BF00614817 .
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Otras lecturas
- Ferraro, Pietro; Grilli, Simonetta; De Natale, Paolo, eds. (2009). Cristales ferroeléctricos para aplicaciones fotónicas, incluidas técnicas de fabricación y caracterización a nanoescala . Serie Springer en Ciencia de Materiales. 91 . doi : 10.1007 / 978-3-540-77965-0 . ISBN 978-3-540-77963-6.
enlaces externos
- Hoja de datos de Inrad sobre niobato de litio