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niobato de litio

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El niobato de litio ( Li Nb O 3 ) es una sal sintética compuesta de niobio , litio y oxígeno . Sus monocristales son un material importante para guías de onda ópticas , teléfonos móviles, sensores piezoeléctricos , moduladores ópticos y diversas aplicaciones ópticas lineales y no lineales . [ 5 ] El niobato de litio a veces se conoce con el nombre comercial de linobato . [ 6 ]

Propiedades

El niobato de litio es un sólido incoloro e insoluble en agua. Posee un sistema cristalino trigonal , carece de simetría de inversión y presenta ferroelectricidad , efecto Pockels , efecto piezoeléctrico , fotoelasticidad y polarizabilidad óptica no lineal . El niobato de litio tiene birrefringencia uniaxial negativa , la cual 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 puede doparse con óxido de magnesio , lo que aumenta su resistencia al daño óptico (también conocido como daño fotorrefractivo). Otros dopantes disponibles son hierro , zinc , hafnio , cobre , gadolinio , erbio , itrio , manganeso y boro .

Crecimiento

Una oblea de niobato de litio monocristalina con corte en Z

Los monocristales de niobato de litio se pueden cultivar utilizando el proceso Czochralski . [ 7 ]

Una vez que se cultiva un cristal, se corta en láminas de diferente orientación. Las orientaciones comunes son el corte en Z, el corte en X, el corte en Y y los cortes con ángulos rotados de los ejes anteriores. [ 8 ]

Películas delgadas

Las películas delgadas de niobato de litio (por ejemplo, para guías de onda ópticas ) se pueden transferir o cultivar sobre zafiro y otros sustratos, utilizando el proceso de corte inteligente (corte iónico) [ 9 ] [ 10 ] o el proceso MOCVD . [ 11 ] Esta tecnología se conoce como niobato de litio sobre aislante (LNOI). [ 12 ]

nanopartículas

Las nanopartículas de niobato de litio y pentóxido de niobio se pueden producir a baja temperatura. [ 13 ] El protocolo completo implica una reducción de NbCl 5 inducida por LiH seguida de una oxidación espontánea in situ en nanoóxidos de niobio de baja valencia. Estos óxidos de niobio se exponen a la atmósfera de 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. [ 14 ] 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 seguida de 10 min de calentamiento en un horno infrarrojo. [ 15 ]

Aplicaciones

El niobato de litio se utiliza ampliamente en el mercado de las telecomunicaciones, por ejemplo, en teléfonos móviles y moduladores ópticos . [ 16 ] Debido a su gran acoplamiento electromecánico, es el material de elección para dispositivos de ondas acústicas superficiales (SAW). [ 17 ] Para algunos usos, puede ser reemplazado por tantalato de litio ( LiTaO 3 ). [ 18 ] Otros usos incluyen la duplicación de frecuencia láser , óptica no lineal , celdas de Pockels , osciladores paramétricos ópticos , dispositivos de conmutación Q para láseres, otros dispositivos acustoópticos , conmutadores ópticos para frecuencias de gigahercios, etc. Es un excelente material para la fabricación de guías de onda ópticas . También se utiliza en la fabricación de filtros ópticos espaciales de paso bajo ( anti-aliasing ). Además, se utiliza en detectores infrarrojos (IR) piroeléctricos , donde detecta cambios de temperatura mediante la generación de cargas eléctricas. [ 19 ]

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 excitación lumínica para producirse. [ 20 ] [ 21 ] Este efecto permite la manipulación precisa de partículas a escala micrométrica con gran flexibilidad, puesto que la acción de pinza 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 maneras. [ 22 ] Por ejemplo, se ha demostrado que el niobato de litio dopado con hierro, excitado con luz visible, produce la muerte celular en cultivos de células tumorales. [ 23 ]

niobato de litio polarizado periódicamente

El niobato de litio polarizado periódicamente ( PPLN ) es un cristal de niobato de litio con dominios controlados, utilizado principalmente para lograr una adaptación de fase cuasi-periódica en óptica no lineal . Los dominios ferroeléctricos apuntan alternativamente a las direcciones +c y −c , con un periodo típico de entre 5 y 35 μm . Los periodos más cortos de este rango se utilizan para la generación de segundo armónico , mientras que los más largos se emplean para la oscilación paramétrica óptica . La polarización periódica se puede lograr mediante polarización eléctrica con un electrodo de estructura periódica. El calentamiento controlado del cristal permite ajustar con precisión la adaptación de fase en el medio debido a una ligera variación de la dispersión con la temperatura. 

La polarización periódica utiliza el valor más grande del tensor no lineal del niobato de litio, d 33 = 27  pm/V. El ajuste de cuasi-fase proporciona eficiencias máximas que son 2/π (64%) del d 33 completo , aproximadamente 17  pm/V. [ 24 ]

Otros materiales utilizados para la polarización periódica son cristales inorgánicos de banda prohibida ancha como el KTP (que da como resultado KTP polarizado periódicamente , PPKTP ), tantalato de litio y algunos materiales orgánicos.

La técnica de polarización periódica también se puede utilizar para formar nanoestructuras superficiales . [ 25 ] [ 26 ]

Debido a su bajo umbral de daño fotorrefractivo, el PPLN solo encuentra aplicaciones limitadas a niveles de potencia muy bajos. El niobato de litio dopado con MgO polarizado periódicamente (PPMgOLN) amplía las aplicaciones a un nivel de potencia medio.

ecuaciones de Sellmeier

Las ecuaciones de Sellmeier para el índice extraordinario se utilizan para encontrar el período de polarización y la temperatura aproximada para el acoplamiento de cuasi-fase. Jundt [ 27 ] proporciona

nortemi2≈5.35583+4.629×10−7F+0,100473+3.862×10−8Fλ2−(0,20692−0,89×10−8F)2+100+2.657×10−5Fλ2−11.349272−1.5334×10−2λ2,{\displaystyle n_{e}^{2}\approx 5.35583+4.629\times 10^{-7}f+{\frac {0.100473+3.862\times 10^{-8}f}{\lambda ^{2}-(0.20692-0.89\times 10^{-8}f)^{2}}}+{\frac {100+2.657\times 10^{-5}f}{\lambda ^{2}-11.34927^{2}}}-1.5334\times 10^{-2}\lambda ^{2},}

válido de 20 a 250  °C para longitudes de onda de 0,4 a 5 micrómetros , mientras que para longitudes de onda más largas, [ 28 ] 

nortemi2≈5.39121+4.968×10−7F+0,100473+3.862×10−8Fλ2−(0,20692−0,89×10−8F)2+100+2.657×10−5Fλ2−11.349272−(1.544×10−2+9.62119×10−10λ)λ2,{\displaystyle n_{e}^{2}\approx 5.39121+4.968\times 10^{-7}f+{\frac {0.100473+3.862\times 10^{-8}f}{\lambda ^{2}-(0.20692-0.89\times 10^{-8}f)^{2}}}+{\frac {100+2.657\times 10^{-5}f}{\lambda ^{2}-11.34927^{2}}}-(1.544\times 10^{-2}+9.62119\times 10^{-10}\lambda )\lambda ^{2},}

lo cual 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 forma más general , para el índice ordinario y extraordinario del LiNbO3 dopado con MgO :

norte2≈a1+b1F+a2+b2Fλ2−(a3+b3F)2+a4+b4Fλ2−a52−a6λ2,{\displaystyle {n^{2}\approx a_{1}+b_{1}f+{\frac {a_{2}+b_{2}f}{\lambda ^{2}-(a_{3}+b_{3}f)^{2}}}+{\frac {a_{4}+b_{4}f}{\lambda ^{2}-a_{5}^{2}}}-a_{6}\lambda ^{2},}}

con:

para LiNbO 3 congruente (CLN) y LiNbO 3 estequiométrico (SLN). [ 29 ]

Referencias

  1. 1 2 Haynes, pág. 4.70
  2. ↑ Haynes, pág. 10.250
  3. ↑ Wilkinson, AP; Cheetham, AK; Jarman, RH (1993). "La estructura de defectos del niobato de litio que se funde congruentemente". Journal of Applied Physics . 74 (5): 3080– 3083. Bibcode : 1993JAP....74.3080W . doi : 10.1063/1.354572 .
  4. ↑ "12031-63-9 Niobato de litio" . ChemIDplus . Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU. Archivado del original el 5 de abril de 2017.
  5. ↑ Weis, RS; Gaylord, TK (1985). "Niobato de litio: resumen de propiedades físicas y estructura cristalina". Applied Physics A: Materials Science & Processing . 37 (4): 191– 203. Bibcode : 1985ApPhA..37..191W . doi : 10.1007/BF00614817 . S2CID 97851423 . 
  6. ↑ Staebler, DL; Amodei, JJ (1972). "Hologramas fijados térmicamente en LiNbO 3 ". Ferroelectrics . 3 (1): 107– 113. Bibcode : 1972Fer.....3..107S . doi : 10.1080/00150197208235297 . S2CID 51674085 . , visto en Yeh, Pochi; Gu, Claire , eds. (1995). Landmark Papers On Photorefractive Nonlinear Optics . World Scientific. p. 182. ISBN  9789814502979.
  7. ↑ Volk, Tatyana; Wohlecke, Manfred (2008). Niobato de litio: defectos, fotorrefracción y conmutación ferroeléctrica . Springer. págs. 1–9 . doi : 10.1007/978-3-540-70766-0 . ISBN  978-3-540-70765-3.
  8. ↑ Wong, KK (2002). Propiedades del niobato de litio . Londres, Reino Unido: INSPEC. pág. 8. ISBN  0-85296-799-3.
  9. ↑ Levy, M.; Osgood, RM; Liu, R.; Cross, LE; Cargill, GS; Kumar, A.; Bakhru, H. (1998-10-19). "Fabricación de películas de niobato de litio monocristalino mediante corte iónico de cristales" . Applied Physics Letters . 73 (16): 2293– 2295. Bibcode : 1998ApPhL..73.2293L . doi : 10.1063/1.121801 . ISSN 0003-6951 . 
  10. ↑ Lu, H.; Sadani, B.; Courjal, N.; Ulliac, G.; Smith, N.; Stenger, V.; Collet, M.; Baida, FI; Bernal, MP (2012). "Guía de ondas de alambre de cristal fotónico de niobato de litio electroóptico mejorada en una película delgada de corte inteligente" . Optics Express . 20 (3): 2974– 2981. Bibcode : 2012OExpr..20.2974L . doi : 10.1364/oe.20.002974 . PMID 22330535. Recuperado el 8 de julio de 2022 . 
  11. ↑ Feigelson, RS (1996). "Crecimiento epitaxial de películas delgadas de niobato de litio mediante el método MOCVD de fuente sólida" . Journal of Crystal Growth . 166 ( 1–4 ): 1–16 . Bibcode : 1996JCrGr.166....1F . doi : 10.1016/0022-0248(95)00570-6 .
  12. ↑ Hu, Hui; Yang, Jin; Gui, Li; Sohler, Wolfgang (2012). "Niobato de litio sobre aislante (LNOI): estado actual y perspectivas" (PDF) . Silicon Photonics and Photonic Integrated Circuits III . Vol. 8431. pp. 84311D. doi : 10.1117/12.922401 . S2CID 120452519 .   
  13. ↑ Grange, R.; Choi, JW; Hsieh, CL; Pu, Y.; Magrez, A.; Smajda, R.; Forro, L.; Psaltis, D. (2009). "Nanocables de niobato de litio: síntesis, propiedades ópticas y manipulación" . Applied Physics Letters . 95 (14): 143105. Bibcode : 2009ApPhL..95n3105G . doi : 10.1063/1.3236777 . Archivado del original el 14 de mayo de 2016.
  14. ↑ Aufray M, Menuel S, Fort Y, Eschbach J, Rouxel D, Vincent B (2009). "Nueva síntesis de óxidos de niobio y partículas de niobato de litio a nanoescala y su caracterización mediante análisis XPS". Journal of Nanoscience and Nanotechnology . 9 (8): 4780– 4789. CiteSeerX 10.1.1.465.1919 . doi : 10.1166/jnn.2009.1087 . PMID 19928149 .  
  15. ↑ Grigas, A; Kaskel, S (2011). " Síntesis de nanopartículas de LiNbO 3 en una matriz mesoporosa" . Beilstein Journal of Nanotechnology . 2 : 28–33 . doi : 10.3762/bjnano.2.3 . PMC 3045940. PMID 21977412 .  
  16. ↑ Toney, James (2015). Fotónica de niobato de litio . Artech House. ISBN 978-1-60807-923-0.
  17. ↑ Gruenke, Rachel; Hitchcock, Oliver (2024). "Modificación de superficie y coherencia en resonadores SAW de niobato de litio" . Scientific Reports . 14 (1) 6663. arXiv : 2306.14813 . Bibcode : 2024NatSR..14.6663G . doi : 10.1038/s41598-024-57168-x . PMC 10954613. PMID 38509245 .  
  18. ↑ "Obleas de tantalato de litio frente a obleas de niobato de litio" . www.samaterials.com . Consultado el 27 de junio de 2025 .
  19. ↑ "CY0066 Obleas de niobato de litio (obleas de LiNbO3)" . Stanford Advanced Materials . Consultado el 18 de octubre de 2024 .
  20. ↑ Carrascosa, M.; García-Cabañes, A.; Jubera, M.; Ramiro, JB; Agulló-López, F. (2015). "LiNbO 3 : Un sustrato fotovoltaico para la manipulación y el modelado paralelo masivo de nanoobjetos". Applied Physics Reviews . 2 (4). AIP Publishing: 040605. Bibcode : 2015ApPRv...2d0605C . doi : 10.1063/1.4929374 . hdl : 10486/669584 . ISSN 1931-9401 . 
  21. ↑ García-Cabañes, Ángel; Blázquez-Castro, Alfonso; Arizmendi, Luis; Agulló-López, Fernando; Carrascosa, Mercedes (30 de enero de 2018). "Logros recientes en pinzas optoelectrónicas fotovoltaicas basadas en niobato de litio" . Cristales . 8 (2). MDPI AG: 65. Código Bib : 2018Cryst...8...65G . doi : 10.3390/cryst8020065 . hdl : 10486/681685 . ISSN 2073-4352 . 
  22. ↑ Blázquez-Castro, A.; García-Cabañes, A.; Carrascosa, M. (2018). "Aplicaciones biológicas de materiales ferroeléctricos". Revisiones de Física Aplicada . 5 (4). Publicación AIP: 041101. arXiv : 2109.00429 . Código Bib : 2018ApPRv...5d1101B . doi : 10.1063/1.5044472 . ISSN 1931-9401 . S2CID 139511670 .  
  23. ↑ Blázquez-Castro, Alfonso; Stockert, Juan C.; López-Arias, Begoña; Juarranz, Ángeles; Agulló-López, Fernando; García-Cabañes, Ángel; Carrascosa, Mercedes (2011). "Muerte de células tumorales inducida por el efecto fotovoltaico masivo de LiNbO 3 : Fe bajo irradiación de luz visible" . Ciencias fotoquímicas y fotobiológicas . 10 (6). Springer Science and Business Media LLC: 956– 963. Bibcode : 2011PhPhS..10..956B . doi : 10.1039/c0pp00336k . ISSN 1474-905X . PMID 21336376 .  
  24. ↑ Meyn, J.-P.; Laue, C.; Knappe, R.; Wallenstein, R.; Fejer, MM (2001). "Fabricación de tantalato de litio polarizado periódicamente para la generación de UV con láseres de diodo". Applied Physics B . 73 (2): 111– 114. Bibcode : 2001ApPhB..73..111M . doi : 10.1007/s003400100623 . S2CID 119763435 . 
  25. ↑ Grilli, Simonetta; Ferraro, Pietro; De Natale, Paolo; Tiribilli, Bruno; Vassalli, Massimo (2005). "Estructuras periódicas a nanoescala superficiales en niobato de litio congruente mediante patrones de inversión de dominio y grabado diferencial" . Applied Physics Letters . 87 (23): 233106. Bibcode : 2005ApPhL..87w3106G . doi : 10.1063/1.2137877 .
  26. ↑ Ferraro, P.; Grilli, S. (2006). "Modulación del espesor del patrón de la resina para controlar el tamaño y la profundidad de dominios invertidos submicrométricos en niobato de litio". Applied Physics Letters . 89 (13): 133111. Bibcode : 2006ApPhL..89m3111F . doi : 10.1063/1.2357928 .
  27. ↑ Jundt, Dieter H. (1997). "Ecuación de Sellmeier dependiente de la temperatura para el índice de refracción"nortemi{\displaystyle n_{e}}en niobato de litio congruente". Optics Letters . 22 (20): 1553– 1555. Bibcode : 1997OptL...22.1553J . doi : 10.1364/OL.22.001553 . PMID 18188296 . 
  28. ↑ Deng, LH; Gao, XM; Cao, ZS; Chen, WD; Yuan, YQ; Zhang, WJ; Gong, ZB (2006). "Mejora de la ecuación de Sellmeier para el cristal de LiNbO3 polarizado periódicamente mediante la generación de frecuencia diferencial en el infrarrojo medio". Optics Communications . 268 (1): 110– 114. Bibcode : 2006OptCo.268..110D . doi : 10.1016/j.optcom.2006.06.082 .
  29. ↑ Gayer, O.; Sacks, Z.; Galun, E.; Arie, A. (2008). "Ecuaciones del índice de refracción dependientes de la temperatura y la longitud de onda para LiNbO 3 congruente y estequiométrico dopado con MgO ". Appl. Phys. B . 91 (2): 343– 348. Bibcode : 2008ApPhB..91..343G . doi : 10.1007/s00340-008-2998-2 . S2CID 195290628 . 

Fuentes citadas

  • Ficha técnica de Inrad sobre niobato de litio