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.