Выращивание и физические свойства монокристаллов CaSrBaF6

  • Сергей Николаевич Ушаков Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева», ул. Большевистская, д. 6, Саранск 8430005, Республика Мордовия, Российская Федерация; Институт общей физики им. А. М. Прохорова Российской академии наук, ул. Вавилова, 38, Москва 119991, Российская Федерация http://orcid.org/0000-0002-6420-6791
  • Мария Анатольевна Усламина Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева», ул. Большевистская, д. 6, Саранск 8430005, Республика Мордовия, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0003-0219-2643
  • Александр Алексеевич Пыненков Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева», ул. Большевистская, д. 6, Саранск 8430005, Республика Мордовия, Российская Федерация http://orcid.org/0000-0001-7546-7172
  • Владимир Петрович Мишкин Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева», ул. Большевистская, д. 6, Саранск 8430005, Республика Мордовия, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0001-7514-1906
  • Константин Николаевич Нищев Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева», ул. Большевистская, д. 6, Саранск 8430005, Республика Мордовия, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0001-7905-3700
  • Сергей Викторович Кузнецов Институт общей физики им. А. М. Прохорова Российской академии наук, ул. Вавилова, 38, Москва 119991, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-7669-1106
  • Елена Владимировна Чернова Институт общей физики им. А. М. Прохорова Российской академии наук, ул. Вавилова, 38, Москва 119991, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0001-7401-5019
  • Павел Павлович Фёдоров Институт общей физики им. А. М. Прохорова Российской академии наук, ул. Вавилова, 38, Москва 119991, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-2918-3926
Ключевые слова: фторид кальция, фторид стронция, фторид бария, флюорит, твердый раствор, изоморфизм, высокоэнтропийные сплавы

Аннотация

Методом Бриджмена–Стокбаргера выращены кристаллы тройного фторида CaF2–SrF2–BaF2
в области составов, близких к CaSrBaF6. Диаметр кристаллов 10–12 мм, длина 50–60 мм. Кристалл CaSrBaF6 является новым оптическим материалом, прозрачным в среднем ИК-, видимом, и УФ-диапазоне. Неравномерность распределения компонентов по длине кристалла не превышает 10 %. Край полосы поглощения в ИК области составляет 14.3 мкм, оптическое поглощение на длине волны 200 нм не превышает 18 % (менее 0.2 см–1). Коэффициенты преломления для длин волн 633, 969, 1539 нм составили 1.4527, 1.4488, 1.4458 соответственно. Кристалл плавится в интервале температур 1150–1210 о С. Состав CaSrBaF6 является подходящей матрицей для легирования редкоземельными ионами для получения функциональных монокристаллических и керамических материалов видимого и ИК-диапазонов.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Сергей Николаевич Ушаков, Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева», ул. Большевистская, д. 6, Саранск 8430005, Республика Мордовия, Российская Федерация; Институт общей физики им. А. М. Прохорова Российской академии наук, ул. Вавилова, 38, Москва 119991, Российская Федерация

 к. ф.-м. н., с. н. с.
отдела нанотехнологий научного центра лазерных
материалов и технологий института общей физики им. А. М. Прохорова Российской академии наук
Москва; с. н. с. лаборатории технологии оптических
материалов института физики и химии Мордовского государственного университета им. Н. П. Огарева, Саранск, Республика Мордовия, Российская
Федерация; e-mail: ushserg63@mail.ru

Мария Анатольевна Усламина, Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева», ул. Большевистская, д. 6, Саранск 8430005, Республика Мордовия, Российская Федерация

к. х. н., с. н. с.
лаборатории технологии оптических материалов
института физики и химии Мордовского государственного университета им. Н. П. Огарева, Саранск,
Республика Мордовия, Российская Федерация;
e-mail: uslaminam@mail.ru

Александр Алексеевич Пыненков, Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева», ул. Большевистская, д. 6, Саранск 8430005, Республика Мордовия, Российская Федерация

инженер НОЦ
«Высокочистые материалы и элементы волоконной
оптики и лазерной техники» института физики и
химии Мордовского государственного университета им. Н. П. Огарева, Саранск, Республика Мордовия, Российская Федерация; e-mail: alekspyn@yandex.ru.

Владимир Петрович Мишкин, Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева», ул. Большевистская, д. 6, Саранск 8430005, Республика Мордовия, Российская Федерация

ведущий инженер
лаборатории электронной микроскопии и малоугловой рентгеновской дифрактометрии института
физики и химии Мордовского государственного
университета им. Н. П. Огарева, Саранск, Республика Мордовия, Российская Федерация; e-mail: Vladimirm1978@mail.ru

Константин Николаевич Нищев, Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева», ул. Большевистская, д. 6, Саранск 8430005, Республика Мордовия, Российская Федерация

к. ф.-м. н., доцент, заведующий кафедрой общей физики, институт физики и химии Мордовского государственного университета им. Н. П. Огарева, Саранск,
Республика Мордовия, Российская Федерация;
e-mail: nishchev@inbox.ru

Сергей Викторович Кузнецов, Институт общей физики им. А. М. Прохорова Российской академии наук, ул. Вавилова, 38, Москва 119991, Российская Федерация

к. х. н., в. н. с. лаборатории технологии наноматериалов для фотоники отдела нанотехнологий научного центра лазерных материалов и технологий института
общей физики им. А. М. Прохорова Российской
академии наук, Москва, Российская Федерация;
e-mail: kouznetzovsv@gmail.com

Елена Владимировна Чернова, Институт общей физики им. А. М. Прохорова Российской академии наук, ул. Вавилова, 38, Москва 119991, Российская Федерация

м. н. с. института
общей физики им. А. М. Прохорова Российской
академии наук, Москва, Российская Федерация;
e-mail: e-chernova@yandex.ru.

Павел Павлович Фёдоров, Институт общей физики им. А. М. Прохорова Российской академии наук, ул. Вавилова, 38, Москва 119991, Российская Федерация

д. х. н., профессор,
гл. н. с. Института общей физики им. А. М. Прохорова Российской академии наук, Москва, Российская Федерация; e-mail: ppfedorov@yandex.ru

Литература

Yushkin N. P., Volkova N. V., Markova G. A. Opticheskii flyuorit [Optical fluorite]. Moscow: Nauka Publ.; 1983. 134 p. (In Russ.)

Zverev V. A., Krivopustova E. V., Tochilina T. V. Opticheskie materialy. Chast’ 2. Uchebnoe posobie dlya konstruktorov opticheskikh sistem i priborov [Optical materials. Part 2. Tutorial for designers of optical systems and devices]. S.-Peterburg: ITMO Publ.; 2013.248 p. (In Russ.)

Fedorov P. P., Osiko V. V. Crystal growth of fluorides. In: Bulk Crystal Growth of Electronic. Optical and Optoelectronic Materials. P. Capper (ed.). Wiley Series in Materials for Electronic and Optoelectronic Applications. John Wiley & Son. Ltd.; 2005. pp. 339–356. https://doi.org/10.1002/9780470012086.ch11

Kaminskii A.A. Laser crystals. Their physics and properties. In: Springer Series in Optical Sciences. Berlin: Springer; 1990. https://doi.org/10.1007/978-3-540-70749-3

Siebold M., Bock S., Schramm U., Xu B., Doualan J. L., Camy P., Moncorge R. Yb:CaF2 - a new old laser crystal. Applied Physics B. 2009;97: 327–338. https://doi.org/10.1007/s00340-009-3701-y

Druon F., Ricaud S., Papadopulos D. N., Pellegrina A., Camy P., Doualan J. L., Moncorge R., Courjaud A., Mottay E., Georges P. On Yb:CaF2 and Yb:SrF2: review of spectroscopic and thermal properties and their impact on femtosecond and high power laser performance. Optical Materials Express. 2011;1(3): 489–502. https://doi.org/10.1364/ome.1.000489

Basiev T. T., Orlovskii Yu. V., Polyachenkova M. V., Fedorov P. P., Kuznetsov S. V., Konyushkin V. A., Osiko V. V., Alimov O. K., Dergachev A. Yu. Continuously tunable cw lasing near 2.75 μm in diodepumped Er3+:SrF2 and Er3+:CaF2 crystals. Quantum Electronics. 2006;36(7): 591–594. https://doi.org/10.1070/qe2006v036n07abeh013178

Alimov O. K., Basiev T. T., Doroshenko M. E., Fedorov P. P., Konyuskin V. A., Nakladov A. N., Osiko V. V. nvestigation of Nd3+ ions spectroscopic and laser properties in SrF2 fluoride single crystal. Optical Materials. 2012;34(5): 799–802. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2011.11.010

Brites C. D. S., Kuznetsov S. V., Konyushkin V. A., Nakladov A. N., Fedorov P. P., Carlos L. D. Simultaneous measurement of the emission quantum yield and local temperature: the illustrative example of SrF2:Yb3+/Er3+

single crystals. European Journal of Inorganic Chemistry. 2020;2020(17): 1555–1561. https://doi.org/10.1002/ejic.202000113

Saleta Reiga D., Grauel B., Konyushkin V. A., Nakladov A. N., Fedorov P. P., Busko D., Howard I. A., Richards B. S., Resch-Genger U., Kuznetsov S. V., Turshatov A., Würtha C. Upconversion properties of SrF2:Yb3+, Er3+ single crystals. Journal of Materials Chemistry C. 2020;8(12): 4093–4101. https://doi.org/10.1039/c9tc06591a

Barnett J., Levine Z., Shirley E. Intrinsic birefringence in calcium fluoride and barium fluoride. Physical Review B. 2001;64(24): 241102. https://doi.org/10.1103/physrevb.64.241102

Klimm D., Rabe M., Bertram R., Uecker R., Parthier L. Phase diagram analysis and crystal growth of solid solutions Ca1-xSrxF2. Journal of Crystal Growth.2008;310(1): 152–155. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2007.09.031

Stasjuk V. A., Buchinskaya I. I., Ust’yanceva N. A., Fedorov P. P., Arbenina V. V. Liquidus and solidus of fluorite solid solutions in the CaF2-SrF2-LaF3 system. Russian Journal of Inorganic Chemistry. 1998;43(8): 1266–1269. Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=13300529 (In Russ.)

Nafziger R. H. High-temperature phase relations in the system BaF2-SrF2. Journal of the American Ceramic Society. 1971;54(9): 467. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1971.tb12388.x

Fedorov P. P., Ivanovskaya N. A., Stasyuk V. A, Buchinskaya I. I., Sobolev B. P. Phase equilibria in the SrF2 -ВaF2-LaF3 system. Doklady Physical Chemistry. 1999;366(4-6): 168–170. (In Russ.)

Chernevskaya E. G. Smeshannye dvukhkomponentnye monokristally tipa ftoristyi kal’tsiiftoristyi strontsii i ikh opticheskie svoistva [Mixed two-component monocrystals of the calcium fluoridestrontium fluoride type and their optical properties]. Optiko-mekhanicheskaya promyshlennost’. 1960;5: 28–32. (In Russ.)

Chernevskaya E. G. Tverdost’ smeshannykh monokristallov tipa CaF2. [The hardness of mixed single crystals of the CaF2 type]. Optiko-mekhanicheskaya promyshlennost’. 1966;7: 51–52. (In Russ.)

Chernevskaya E. G., Anan’eva G. V. O strukture smeshannykh kristallov na osnove CaF2, SrF2, ВaF2 [About the structure of mixed crystals based on CaF2, SrF2, ВaF2]. Physics of the Solid State. 1966;8(1): 216–219. (In Russ.)

Pastor R. C., Pastor A. C. Solid solutions of metal halides under a reactive atmosphere. Materials Research Bulletin. 1976;11(8): 1043–1050. https://doi.org/10.1016/0025-5408(76)90183-5

Karimov D. N., Komar’kova O. N., Sorokin N. I., Sobolev B. P., Bezhanov V. A., Chernov S. P., Popov P. A. Growth of congruently melting Ca0.59Sr0.41F2 crystals and study of their properties. Crystallography Reports. 2010;55(3): 518–524. https://doi.org/10.1134/s1063774510030247

Popov P. A., Moiseev N. V., Karimov D. N., Sorokin N. I., Sulyanova E. A., Sobolev B. P., Konyushkin V. A., Fedorov P. P. Thermophysical characteristics of Ca1−хSrхF2 solid-solution crystals (0 ≤ х ≤ 1). Crystallography Reports. 2015;60(1): 116–122. https://doi.org/10.1134/s1063774515010186

Popov P. A., Krugovykh A. A., Konuyshkin V. A., Nakladov A. N., Kuznetsov S. V., Fedorov P. P. Thermal conductivity of single crystals of SrF2 – BaF2 solid solution. Inorganic Materials. 2021; 57(6): https://10.31857/S0002337X21060087

Fedorov P. P., Buchinskaya I. I., Ivanovskaya N. A., Konovalova V. V., Lavrishchev S. V., Sobolev B. P. CaF2-BaF2 phase diagram. Doklady Physical Chemistry. 2005;401(2): 53–55. https://doi.org/10.1007/s10634-005-0024-5

Wrubel G. P., Hubbard B. E., Agladge N. I., Sievers A. G., Fedorov P. P., Klimenchenko D. I., Ryskin A. I., Campbell G. A. Glasslike two-level systems in minimally disordered mixed crystals. Physical Review Letters. 2006;96(23): 235503. https://doi.org/10.1103/physrevlett.96.235503

Chang R. K., Lacina B., Pershan P. S. Raman scattering from mixed crystals CaxSr1-xF2 and SrxBa1-xF2. Physical Review Letters. 1966;17(14): 755–778. https://doi.org/10.1103/physrevlett.17.755

Basiev T. T., Vasil’ev S. V., Doroshenko M. E., Konuyshkin V. A., Kouznetsov S. V., Osiko V. V., Fedorov P. P. Efficient lasing in diode-pumping Yb3+:CaF2-SrF2 solid solution single crystals. Quantum Electronics. 2007;37(10): 934–937. https://doi.org/10.1070/QE2007v037n10ABEH013662

Lyapin A. A., Ermakov A. S., Kuznetsov S. V., Gushchin S. V., Ryabochkina P. A., Konyushkin V. A., Nakladov A. N. , Fedorov P. P. Upconversion luminescence of CaF2-SrF2-ErF3 single crystals upon 1.5 µm laser excitation. Journal of Physics: Conference Series (SPbOPEN 2019). 2019;1410: 012086 (4 pp).

https://doi.org/10.1088/1742-6596/1410/1/012086

Kuznetsov S. V., Konyushkin V. A., Nakladov A. N., Chernova E. V., Popov P. A., Pynenkov A. A., Nishchev K. N., Fedorov P. P. Thermophysical Properties of Single Crystals of CaF2–SrF2–RF3(R = Ho, Pr) Fluorite Solid Solutions. Inorganic Materials. 2020; 56(9): 975-981. https://10.1134/S0020168520090113

Ushakov S. N., Fedorov P. P., Kuznetsov S. V., Osiko V. V., Uslamina M. A., Nishchev K. N. Study of Yb3+ optical centers in fluoride solid solution crystals CaF2–SrF2–YbF3. Optics and Spectroscopy. 2020;128(5): 600–604. https://doi.org/10.1134/S0030400X20050185

Zhang W., Liaw P. K., Zhang Y. Science and technology in high-entropy alloys. Science China Materials. 2018;61(1): 2–21. https://doi.org/10.1007/s40843-017-9195-8

Miracle D. B., Senkov O. N. A critical review of high entropy alloys and related concepts. Acta Materialia. 2017;122: 448–511. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2016.08.081

Fedorov P. P. Glass formation criteria for fluoride system. Inorganic Materials. 1997;33(12): 1197–1205. Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=13251524.

Rost C. M., Sachet E., Borman T., Moballegh A., Dickey E. C., Hou D., Jones J.L., Curtarolo S., Maria J.‑P. Entropy-stabilized oxides. Nature Communications. 2016:6(1): 8485. https://doi.org/10.1038/ncomms9485

Chen X., Wu Y. High-entropy transparent fluoride laser ceramics. Journal of the American Ceramic Society. 2019;103(2): 750–756. https://doi.org/10.1111/jace.16842

Kuznetsov S. V., Fedorov P. P. Morphological stability of solid-liquid interface during melt crystallization of solid solutions M1-xRxF2+x. Inorganic Materials. 2008;44(13): 1434–1458. (Supplement). https://doi.org/10.1134/S0020168508130037

Fedorov P. P., Buchinskaya I. I. Spatial inhomogeneity in crystalline materials and saddletype congruent melting points in ternary system. Russian Chemical Reviews. 2012;81(1): 1–20. https://doi.org/10.1070/RC2012v081n01ABEH004207

Alexandrov A. A., Mayakova M. N., Voronov V. V., Pominova D. V., Kuznetsov S. V., Baranchikov A. E., Ivanov V. K., Fedorov P. P. Synthesis upconversion luminophoresbasedoncalcium fluoride. Kondensirovannye sredy i mezhfaznye granitsy = Condensed Matter and Interphases. 2020;22(1): 3–10. https://doi.org/10.17308/kcmf.2020.22/2524

Kuznetsov S. V., Aleksandrov A. A., Fedorov P. P. Fluoride optical nanoceramics. Inorganic Materials. 2021;57(6). https://10.31857/S0002337X21060075

Опубликован
2021-03-16
Как цитировать
Ушаков, С. Н., Усламина, М. А., Пыненков, А. А., Мишкин, В. П., Нищев, К. Н., Кузнецов, С. В., Чернова, Е. В., & Фёдоров, П. П. (2021). Выращивание и физические свойства монокристаллов CaSrBaF6. Конденсированные среды и межфазные границы, 23(1), 101-107. https://doi.org/10.17308/kcmf.2021.23/3310
Раздел
Статьи