ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИЕ И ТЕРМОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НИОБАТА ЛИТИЯ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Предлагается новая термодинамическая модель ниобата лития, основанная на использовании потенциала Ландау шестой степени. Его особенностью является нелинейная зависимость коэффициента при квадрате поляризации вдоль полярного направления от температуры. В отличие от ранее используемого потенциала четвертой степени, это обеспечивает хорошее согласование рассчитанного на его базе поведения спонтанной поляризации и деформации с результатами экспериментальных исследований. С помощью предложенного термодинамического потенциала построен полный набор материальных констант, определяющих термомеханические свойства ниобата лития, а также константы электрооптического и акустооптического эффектов в широком диапазоне изменения температуры. Подтверждена независимость упругих модулей ниобата лития от температуры в отличие от пьезоэлектрических, акустооптических и электрооптических констант, часть из которых претерпевает значительные изменения. Результаты представляют интерес при выборе ориентации среза кристалла в процессе разработки микро- и напоразмерных устройств акусто- и оптоэлектроники.

Об авторах

В. Б. Широков

Южный научный центр РАН

Email: vkalin415@mail.ru
Ростов-на-Дону, Россия

И. Б. Михайлова

Южный научный центр РАН

Email: vkalin415@mail.ru
Ростов-на-Дону, Россия

А. С. Турчин

Южный научный центр РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: vkalin415@mail.ru
Ростов-на-Дону, Россия

В. В. Калинчук

Южный научный центр РАН

Email: vkalin415@mail.ru
Ростов-на-Дону, Россия

Список литературы

  1. Weis R.S., Gaylord T.K. Lithium niobate: summary of physical properties and crystal structure // Appl. Phys. A. 1985. V. 37. № 4. P. 191–203. https://doi.org/10.1007/BF00614817
  2. Кузьминов Ю.С. Электрооптический и нелинейно-оптический кристалл ниобата лития. М.: Наука, 1987. 264 с.
  3. Wong K.K. Properties of Lithium Niobate. London: INSPEC, The Institution of Electrical Engineers, 2002. 417 p.
  4. Morgan D.P. Surface Wave Devices for Signal Processing. Elsevier, 1985. = Морган Д. Устройства обработки сигналов на поверхностных акустических волнах. М.: Радио и Связь, 1990. 416 с.
  5. Орлов В.С., Бондаренко В.С. Фильтры на поверхностных акустических волнах. М.: Радио и Связь, 1984. 272 с.
  6. Mandal D., Banerjee S. Surface Acoustic Wave (SAW) Sensors: Physics, Materials, and Applications // Sensors. 2022. V. 22. № 3. Art. 820. https://doi.org/10.3390/s22030820
  7. Chen G., Li N., Ng J.D., Lin H.-L., Zhou Y., Fu Y.H. et al. Advances in lithium niobate photonics: development status and perspectives // Adv. Photonics. 2022. V. 4. № 3. P. 1–43. https://doi.org/10.1117/1.AP.4.3.034003
  8. Zhu Y., Wan Q. Lithium niobate/lithium tantalate single crystal thin films for post moore era chip applications // Moore and More. 2024. V. 1. № 6. P. 1–17. https://doi.org/10.1007/s44275-024-00005-0
  9. Srzolenskii G.A., Krainik N.N., Khuchua N.P., Zhdanova V.V., Mylnikova I.E. The Curie Temperature of LiNbO3 // Phys. Stat. Sol. 1966. V. 13. № 2. P. 309–314. https://doi.org/10.1002/pssb.19660130202
  10. Nassau K., Levinstein H.J., Loiacono G.M. Ferroelectric lithium niobate. 2. Preparation of single domain crystals // J. Phys. Chem. Solids. 1966. V. 27. № 6–7. P. 989–996. https://doi.org/10.1016/0022-3697(66)90071-0
  11. Warner A.W., Onoe M., Coquin G.A. Determination of Elastic and Piezoelectric Constants for Crystals in Class (3m) // J. Acoust. Soc. Am. 1967. V. 42. № 6. P. 1223–1231. https://doi.org/10.1121/1.1910709
  12. Smith R.T., Welsh F.S. Temperature Dependence of the Elastic, Piezoelectric, and Dielectric Constants of Lithium Tantalate and Lithium Niobate // J. Appl. Phys. 1971. V. 42. № 6. P. 2219–2230. https://doi.org/10.1063/1.1660528
  13. Tomeno I., Matsumura S. Elastic and dielectric-properties of LiNbO3 // J. Phys. Soc. Jpn. 1987. V. 56. № 1. P. 163–177. https://doi.org/10.1143/JPSJ.56.163
  14. Xue D., Betzler K., Hesse H., Lammers D. Temperature dependence of the dielectric response of lithium niobate // J. Phys. Chem. Solids. 2001. V. 62. № 5. P. 973–976. https://doi.org/10.1016/S0022-3697(00)00273-0
  15. Ogi H., Kawasaki Y., Hirao M., Ledbetter H. Acoustic spectroscopy of lithium niobate: Elastic and piezoelectric coefficients // J. Appl. Phys. 2002. V. 92. № 5. P. 2451–2456. https://doi.org/10.1063/1.1497702
  16. Jazbinsek M., Zgonik M. Material tensor parameters of LiNbO3 relevant for electroand elasto-optics // Appl. Phys. B. 2002. V. 74. P. 407–414. https://doi.org/10.1007/s003400200818
  17. Murakami S., Watanabe K., Takigawa R. Investigation of the interface between LiNbO3 and Si fabricated via room-temperature bonding method using activated Si nano layer // Jpn. J. Appl. Phys. 2023. V. 62. https://doi.org/10.35848/1347-4065/acc2cb
  18. Jia Y., Wang L., Chen F. Ion-cut lithium niobate on insulator technology: Recent advances and perspectives // Appl. Phys. Rev. 2021. V. 8. № 1. https://doi.org/10.1063/5.0037771
  19. Pastureaud Th., Solal M., Biasse B., Aspar B., Briot J.-b., Daniau W. et al. High-Frequency Surface Acoustic Waves Excited on Thin-Oriented LiNbO3 Single-Crystal Layers Transferred Onto Silicon // IEEE Trans. Sonics Ultrason. 2007. V. 54. № 4. P. 870–876. https://doi.org/10.1109/TUFFC.2007.321
  20. Solal M., Pastureaud T., Ballandras S., Aspar B., Biasse B., Daniau W. et al. Oriented lithium niobate layers transferred on 4” (100) silicon wafer for RF SAW devices // 2002 IEEE Ultrasonics Symposium Proceedings. Munich, Germany, 2002. V. 1. P. 131–134. https://doi.org/10.1109/ULTSYM.2002.1193369
  21. Yamada T. Electromechanical Properties of Oxygen Octahedra Ferroelectric Crystals // J. Appl. Phys. 1972. V. 43. № 2. P. 328–338. https://doi.org/10.1063/1.1661117
  22. Scrymgeour D. A., Gopalan V., Itagi A., Saxena A., Swart P. J. Phenomenological theory of a single domain wall in uniaxial trigonal ferroelectrics: Lithium niobate and lithium tantalate // Phys. Rev. B. 2005. V. 71. Art. 184110. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.71.184110
  23. Boysen H., Altorfer F. A Neutron Powder Investigation of the High-Temperature Structure and Phase Transition in LiNbO3 // Acta Cryst Section B. 1994. V. 50. P. 405–414. https://doi.org/10.1107/S0108768193012820
  24. Широков В.Б. Базис инвариантов для сегнетомагнетика // Кристаллография. 2011. Т. 56. № 3. С. 509–510.
  25. Salje E.K.H., Gallardo M.C., Jimenez J., Romero F.J., del Cerro J. The cubic–tetragonal phase transition in strontium titanate: excess specific heat measurements and evidence for a near-tricritical, mean field type transition mechanism // J. Phys.: Condens. Matter. 1998. V. 10. № 25. P. 5535–5543.
  26. Шостак Р.И. Евдокимов С.В., Яценко А.В. Анализ температурной зависимости спонтанной поляризации кристаллов LiNbO3 // Кристаллография. 2009. Т. 54. № 3. С. 527–531.
  27. Lehnert H., Boysen H., Frey F. A neutron powder investigation of the high-temperature structure and phase transition in stoichiometric LiNbO3 // Zeitschrift für Kristallographie. 1997. V. 212. № 10. P. 712–719. https://doi.org/10.1524/zkri.1997.212.10.712
  28. Ярив А., Юх П. Оптические волны в кристаллах. М.: Мир, 1987. 616 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).