Co,Zn共掺铌酸锂电子结构和吸收光谱的第一性原理研究

利用基于密度泛函的第一性原理的计算方法,研究了Co单掺及Co和Zn共掺LiNbO_3晶体的电子结构和吸收光谱.研究显示,各掺杂体系铌酸锂晶体的带隙均较纯铌酸锂晶体变窄. Co:LiNbO_3晶体禁带宽度为3.32 eV; Co:Zn:LiNbO_3晶体, Zn的浓度低于阈值或达到阈值时,禁带宽度分别为2.87或2.75 eV. Co:LiNbO_3晶体在可见-近红外光波段2.40, 1.58, 1.10 eV处形成吸收峰,这些峰归结于Co 3d分裂轨道的跃迁;加入抗光折变离子Zn^(2+),在1.58, 1.10 eV处的吸收峰增强,可以认为Zn^(2+)与Co^(2+)之间存在电荷转移,使e_g轨道电子减少,但并不影响t_(2g)轨道电子.结果表明,晶体中的Co离子在不同共掺离子下可充当深能级中心(2.40 eV),或可充当浅能级中心(1.58 eV),两种情况下,掺入近阈值的Zn离子均有助于实现优化存储.

铁镁共掺钽酸锂晶体的第一性原理研究

利用第一性原理对LiTaO3晶体以及不同Mg浓度的Fe:Mg:LiTaO3晶体的电子结构和吸收光谱进行了研究.结果显示:掺铁钽酸锂晶体的杂质能级主要由Fe的3d态轨道贡献,禁带宽度为3.05 e V.掺入镁后,在禁带中没有新的能级产生,掺Mg浓度小于或超过阈值(略小于6 mol%)时,禁带宽度分别为2.72 e V和2.45 e V.Fe:LiTaO3晶体分别在417 nm和745 nm处呈现两个吸收峰,这两峰归结于Fe 3d分裂轨道电子的跃迁;Mg:Fe:LiTaO3晶体吸收峰强度较单掺Fe的LiTaO3晶体下降,并略有偏移,当掺镁浓度超过阈值时,短波段峰移至457 nm吸收峰,而长波段745 nm处的吸收峰消失.研究表明:Fe离子的分裂轨道T2g, Eg跃迁所对应的吸收峰与铁离子的占位有关, Mg离子浓度达到阈值,使Fe离子占Ta位, Eg对应的吸收峰消失.在利用457 nm波段为功能性吸收时,采用较高掺Mg不会对吸收产生不利影响;在利用745 nm波段时, Fe占Li位比Fe占Ta位在存储应用中更具优势,不宜采用高掺镁.