Группа ученых кафедры кристаллографии СПбГУ разработала новый способ выращивания легированных кристаллов ниобата лития. Как сообщает пресс-служба вуза, технология позволяет при помощи электрического тока получать кристаллы с упорядоченной структурой.

Легирующая примесь — это вещество, меняющее свойства, например цвет кристаллов, — объясняет Олег Грунский, к. г.-м. н., доцент кафедры кристаллографии СПбГУ. — Корунд отличается от рубина тем, что в него добавлена легирующая примесь — хром.

Для ниобата лития такой примесью является магний. При этом существенно изменяются его физические свойства. Для каждой новой задачи разрабатывать новые виды кристаллов дорого и нецелесообразно. Гораздо проще изменить их свойства.

Запатентованный способ позволяет управлять процессом кристаллизации при помощи электрического поля. Если через границу кристалл-расплав пропустить электрический ток и управлять его величиной, содержание лития в структуре кристалла увеличится и возникнет эффект равномерного распределения легирующей примеси. Ранее использовались кристаллы, выращенные другими способами, например, за счет ввода дополнительных легирующих примесей или изменения среды кристаллизации, но они были худшего качества. В данном случае ученые получили более упорядоченную структуру с уникальными свойствами, использование которой возможно даже в терагерцовом диапазоне.

Диапазон терагерц лежит между инфракрасной и микроволновой частью светового спектра, и соответствует длине волны порядка миллиметра. В отличие от рентгеновских лучей, терагерцы не представляют никакой опасности для здоровья. С их помощью можно, например, прочесть закрытую книгу. Ранее терагерцовый диапазон был недоступен. Известные устройства на оксидных кристаллах работают в видимых и почти инфракрасных диапазонах, а электронные устройства на полупроводниковых кристаллах в килогерцовом, мегагерцовом и гигагерцовом диапазоне излучения.

Уникальные свойства ниобата лития являются основой для создания целого ряда приборов оптической промышленности. В последние годы на этих кристаллах реализован целый класс функциональных и цифровых интегрально-оптических схем (ИОС), таких как переключающие матрицы, анализаторы спектра, СВЧ фазовые и амплитудные модуляторы, а также целый класс датчиков физических величин, прежде всего датчиков перемещения. Сам по себе ниобат лития является неупорядоченной структурой, т. е. в кристаллической решетке атомы лития частично замещаются ниобием. Задача ученых состояла в том, чтобы увеличить содержание лития в структуре и, как следствие, степень его упорядоченности и равномерно распределить легирующую примесь.

В сотовых телефонах и диктофонах много кристаллических структур, на которых строятся микросхемы, — говорит Олег Грунский. — Из нетривиальных направлений применения ниобата лития можно назвать использование кристаллов в качестве альтернативного носителя информации. По аналогии с записью голограмм можно записывать информацию в кристаллы, сканируя его лазерным лучом. Этим перспективным направлением мы, возможно, займемся в дальнейшем.