نيوبات الليثيوم

📅 آخر تحديث: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 5 صور
الموسوعة الحرة

نيوبات الليثيوم ( LiNbO3 ) ملح صناعي يتكون من النيوبيوم والليثيوم والأكسجين . تُعد بلوراته الأحادية مادةً مهمةً في صناعة الموجهات الضوئية ، والهواتف المحمولة، والمستشعرات الكهروإجهادية ، والمعدلات الضوئية ، والعديد من التطبيقات البصرية الخطية وغير الخطية الأخرى . [ 5 ] يُشار إلى نيوبات الليثيوم أحيانًا بالاسم التجاري لينوبات . [ 6 ]

ملكيات

نيوبات الليثيوم مادة صلبة عديمة اللون، وغير قابلة للذوبان في الماء. يتميز بنظام بلوري ثلاثي ، يفتقر إلى تناظر الانعكاس ، ويُظهر خصائص مثل الاستقطاب الكهربائي ، وتأثير بوكلز ، والتأثير الكهروإجهادي ، والمرونة الضوئية ، والاستقطابية البصرية غير الخطية . يُظهر نيوبات الليثيوم انكسارًا ضوئيًا أحادي المحور سالبًا ، يعتمد بشكل طفيف على التركيب الكيميائي للبلورة ودرجة الحرارة. وهو شفاف للأطوال الموجية بين 350 و5200 نانومتر .

يمكن تطعيم نيوبات الليثيوم بأكسيد المغنيسيوم ، مما يزيد من مقاومته للتلف البصري (المعروف أيضًا بالتلف الانكساري الضوئي). ومن المواد الأخرى المتاحة للتطعيم: الحديد ، والزنك ، والهافنيوم ، والنحاس ، والغادولينيوم ، والإربيوم ، والإتريوم ، والمنغنيز ، والبورون .

نمو

رقاقة من نيوبات الليثيوم أحادية البلورة مقطوعة على شكل حرف Z

يمكن تنمية بلورات أحادية من نيوبات الليثيوم باستخدام عملية تشوخرالسكي . [ 7 ]

بعد نمو البلورة، تُقطع إلى رقائق ذات اتجاهات مختلفة. ومن الاتجاهات الشائعة القطع على المحور Z، والقطع على المحور X، والقطع على المحور Y، والقطع بزوايا دوران للمحاور السابقة. [ 8 ]

الأغشية الرقيقة

يمكن نقل طبقة رقيقة من نيوبات الليثيوم (مثل تلك المستخدمة في الموجهات الضوئية ) إلى الياقوت أو ركائز أخرى، أو إنماؤها عليها، باستخدام عملية القطع الذكي (التقطيع الأيوني) [ 9 ] [ 10 ] أو عملية الترسيب الكيميائي للبخار العضوي المعدني (MOCVD ) [ 11 ] . تُعرف هذه التقنية باسم نيوبات الليثيوم على العازل (LNOI) [ 12 ] .

الجسيمات النانوية

يمكن إنتاج جسيمات نانوية من نيوبات الليثيوم وخماسي أكسيد النيوبيوم في درجات حرارة منخفضة. [ 13 ] تتضمن الطريقة الكاملة اختزال كلوريد النيوبيوم (NbCl₅ ) بواسطة هيدريد الليثيوم (LiH)، يليه أكسدة تلقائية في الموقع إلى أكاسيد نانوية منخفضة التكافؤ من النيوبيوم. تُعرَّض هذه الأكاسيد للهواء، مما ينتج عنه أكسيد النيوبيوم النقي (Nb₂O₅) . في النهاية ، يتحول أكسيد النيوبيوم المستقر ( Nb₂O₅ ) إلى جسيمات نانوية من نيوبات الليثيوم ( LiNbO₃) أثناء التحلل المائي المُتحكم فيه لفائض هيدريد الليثيوم. [ 14 ]  يمكن تحضير جسيمات نانوية كروية من نيوبات الليثيوم بقطر يبلغ حوالي 10 نانومتر عن طريق تشريب مصفوفة سيليكا مسامية بمزيج من محلول مائي من نترات الليثيوم (LiNO₃) ونيتريد النيوبيوم ( NH₄NbO (C₂O₄ ) ₂) ، ثم تسخينها لمدة 10 دقائق في فرن يعمل بالأشعة تحت الحمراء. [ 15 ]

التطبيقات

يُستخدم نيوبات الليثيوم على نطاق واسع في سوق الاتصالات، مثل الهواتف المحمولة والمعدِّلات الضوئية . [ 16 ] ونظرًا لترابطه الكهروميكانيكي الكبير، يُعدّ المادة المُفضَّلة لأجهزة الموجات الصوتية السطحية (SAW). [ 17 ] ويمكن استبداله في بعض التطبيقات بتانتالات الليثيوم ( LiTaO3 ). [ 18 ] وتشمل استخداماته الأخرى مضاعفة تردد الليزر ، والبصريات غير الخطية ، وخلايا بوكلز ، والمذبذبات البارامترية الضوئية ، وأجهزة تبديل Q لليزر، وغيرها من الأجهزة الصوتية الضوئية ، والمفاتيح الضوئية لترددات الجيغاهرتز، وغيرها. وهو مادة ممتازة لتصنيع الموجهات الضوئية . كما يُستخدم في صناعة مرشحات التمرير المنخفض المكانية الضوئية ( المضادة للتشويه ). بالإضافة إلى ذلك، يُستخدم في كاشفات الأشعة تحت الحمراء الكهروحرارية ، حيث يكشف عن تغيرات درجة الحرارة عن طريق توليد شحنات كهربائية. [ 19 ]

في السنوات القليلة الماضية، بدأ استخدام نيوبات الليثيوم كنوع من الملاقط الكهروستاتيكية، وهو أسلوب يُعرف بالملاقط الكهروضوئية ، حيث يتطلب هذا التأثير إثارة ضوئية. [ 20 ] [ 21 ] يتيح هذا التأثير معالجة دقيقة لجزيئات بحجم الميكرومتر بمرونة عالية، نظرًا لأن عملية التلقط تقتصر على المنطقة المُضاءة. يعتمد هذا التأثير على المجالات الكهربائية العالية جدًا المتولدة أثناء التعرض للضوء (1-100 كيلو فولت/سم) داخل البقعة المُضاءة. كما تُستخدم هذه المجالات المكثفة في الفيزياء الحيوية والتكنولوجيا الحيوية، لقدرتها على التأثير في الكائنات الحية بطرق متنوعة. [ 22 ] على سبيل المثال، ثبت أن نيوبات الليثيوم المُطعّم بالحديد والمُثار بالضوء المرئي يُسبب موت الخلايا في مزارع الخلايا السرطانية. [ 23 ]

نيوبات الليثيوم المستقطب دوريًا

نيوبات الليثيوم المستقطب دوريًا ( PPLN ) هو بلورة نيوبات ليثيوم مُهندسة النطاقات، تُستخدم بشكل أساسي لتحقيق توافق شبه طوري في البصريات غير الخطية . تتجه النطاقات الفيروكهربائية بالتناوب نحو الاتجاهين +c و- c ، بفترة تتراوح عادةً بين 5 و35 ميكرومترًا . تُستخدم الفترات الأقصر ضمن هذا النطاق لتوليد التوافقي الثاني ، بينما تُستخدم الفترات الأطول للتذبذب البارامتري البصري . يمكن تحقيق الاستقطاب الدوري عن طريق الاستقطاب الكهربائي باستخدام قطب كهربائي ذي بنية دورية. يُمكن استخدام التسخين المُتحكم به للبلورة لضبط توافق الطور في الوسط بدقة نظرًا للتغير الطفيف في التشتت مع درجة الحرارة. 

يستخدم الاستقطاب الدوري أكبر قيمة لموتر اللاخطية لنيوبات الليثيوم، d 33 = 27  pm/V. ويعطي التوافق شبه الطوري كفاءات قصوى تبلغ 2/π (64٪) من قيمة d 33 الكاملة ، حوالي 17  pm/V. [ 24 ]

تشمل المواد الأخرى المستخدمة في الاستقطاب الدوري البلورات غير العضوية ذات فجوة النطاق الواسعة مثل KTP (مما ينتج عنه KTP مستقطب دوريًا ، PPKTP )، وتانتالات الليثيوم ، وبعض المواد العضوية.

يمكن أيضًا استخدام تقنية الاستقطاب الدوري لتشكيل هياكل نانوية سطحية . [ 25 ] [ 26 ]

نظراً لانخفاض عتبة التلف الكهروضوئي، فإنّ استخدامات مادة PPLN محدودة عند مستويات طاقة منخفضة جداً. أما مادة نيوبات الليثيوم المطعّمة بأكسيد المغنيسيوم والمستقطبة دورياً (PPMgOLN) فتُوسّع نطاق استخداماتها لتشمل مستويات طاقة متوسطة.

معادلات سيلميير

تُستخدم معادلات سيلميير للمؤشر غير العادي لإيجاد فترة الاستقطاب ودرجة الحرارة التقريبية لمطابقة الطور شبه الكاملة. وقد قدم جوندت [ 27 ]

نهـ2≈5.35583+4.629×10-7و+0.100473+3.862×10-8وλ2-(0.20692-0.89×10-8و)2+100+2.657×10-5وλ2-11.349272-1.5334×10-2λ2،{\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},}

صالحة من 20 إلى 250  درجة مئوية للأطوال الموجية من 0.4 إلى 5 ميكرومتر ، بينما بالنسبة للأطوال الموجية الأطول، [ 28 ] 

نهـ2≈5.39121+4.968×10-7و+0.100473+3.862×10-8وλ2-(0.20692-0.89×10-8و)2+100+2.657×10-5وλ2-11.349272-(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},}

وهو صالح لدرجة الحرارة من 25 إلى 180  درجة مئوية، ولأطوال موجية λ تتراوح بين 2.8 و 4.8 ميكرومتر.

في هذه المعادلات f = ( T − 24.5)( T + 570.82)، λ بالميكرومتر، و T بالدرجة المئوية.

وبشكل أعم، بالنسبة لمعامل الانكسار العادي وغير العادي لـ MgO-doped LiNbO 3 :

ن2≈أ1+ب1و+أ2+ب2وλ2-(أ3+ب3و)2+أ4+ب4وλ2-أ52-أ6λ2،{\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},}}

مع:

حدودCLN مطعّم بنسبة 5% من أكسيد المغنيسيومSLN مطعّم بنسبة 1% من أكسيد المغنيسيوم
ني​لا​ني​
أ 15.7565.6535.078
2​0.09830.11850.0964
3​0.20200.20910.2065
4​189.3289.6161.16
5​12.5210.8510.55
6​1.32×10 −21.97×10 −21.59×10 −2
ب 12.860×10 −67.941×10 −74.677×10 −7
ب 24.700×10 −83.134×10 −87.822×10 −8
ب 36.113×10 −8-4.641× 10⁻⁹−2.653×10 −8
ب 41.516×10 −4−2.188×10 −61.096×10 −4

بالنسبة لـ LiNbO 3 المتطابق (CLN) و LiNbO 3 المتكافئ (SLN). [ 29 ]

مراجع

  1. 1 2 هاينز، ص 4.70
  2. ↑ هاينز، ص 10.250
  3. ↑ ويلكنسون، أ.ب.؛ تشيثام، أ.ك.؛ جارمان، ر.هـ. (1993). "بنية العيوب في نيوبات الليثيوم المنصهر بشكل متطابق". مجلة الفيزياء التطبيقية . 74 (5): 3080-3083 . Bibcode : 1993JAP....74.3080W . doi : 10.1063/1.354572 .
  4. ↑ "12031-63-9 نيوبات الليثيوم" . ChemIDplus . المكتبة الوطنية الأمريكية للطب. مؤرشف من الأصل بتاريخ 2017-04-05.
  5. ↑ وايس، آر إس؛ جايلورد، تي كيه (1985). "نيوبات الليثيوم: ملخص الخصائص الفيزيائية والبنية البلورية". الفيزياء التطبيقية أ: علم المواد ومعالجتها . 37 (4): 191-203 . Bibcode : 1985ApPhA..37..191W . doi : 10.1007/BF00614817 . S2CID 97851423 . 
  6. ↑ ستابلر، د. ل.؛ أمودي، ج. ج. (1972). "الهولوغرامات المثبتة حراريًا في LiNbO3 " . المواد الكهروضوئية . 3 (1): 107-113 . Bibcode : 1972Fer.....3..107S . doi : 10.1080/00150197208235297 . S2CID 51674085 . انظر في: Yeh, Pochi; Gu, Claire ، محرران (1995). أوراق بحثية بارزة في البصريات غير الخطية الكهروضوئية . دار النشر العالمية. ص 182. ISBN  9789814502979.
  7. ↑ فولك، تاتيانا؛ ووهليك، مانفريد (2008). نيوبات الليثيوم: العيوب، والانكسار الضوئي، والتحويل الفيروكهربائي . سبرينغر. ص 1-9 . doi : 10.1007/978-3-540-70766-0 . ISBN  978-3-540-70765-3.
  8. ↑ وونغ، ك.ك. (2002). خصائص نيوبات الليثيوم . لندن، المملكة المتحدة: INSPEC. ص 8. ISBN  0-85296-799-3.
  9. ↑ ليفي، م.؛ أوسجود، ر.م.؛ ليو، ر.؛ كروس، ل.إ.؛ كارجيل، ج.س.؛ كومار، أ.؛ باخرو، هـ. (1998-10-19). "تصنيع أغشية نيوبات الليثيوم أحادية البلورة بتقنية تقطيع أيونات البلورة" . رسائل الفيزياء التطبيقية . 73 (16): 2293-2295 . Bibcode : 1998ApPhL..73.2293L . doi : 10.1063/1.121801 . ISSN 0003-6951 . 
  10. ↑ لو، هـ.؛ ساداني، ب.؛ كورجال، ن.؛ أولياك، ج.؛ سميث، ن.؛ ستينجر، ف.؛ كوليت، م.؛ بايدا، ف.إ.؛ برنال، م.ب. (2012). "موجه سلكي بلوري ضوئي محسّن من نيوبات الليثيوم الكهروضوئي على غشاء رقيق مقطوع بذكاء" . أوبتكس إكسبرس . 20 (3): 2974-2981 . Bibcode : 2012OExpr..20.2974L . doi : 10.1364/oe.20.002974 . PMID 22330535. تاريخ الاسترجاع: 2022-07-08 . 
  11. ↑ فيجلسون، آر إس (1996). "النمو المتناحي لأغشية رقيقة من نيوبات الليثيوم باستخدام طريقة الترسيب الكيميائي للبخار العضوي المعدني ذي المصدر الصلب" . مجلة نمو البلورات . 166 ( 1-4 ): 1-16 . Bibcode : 1996JCrGr.166....1F . doi : 10.1016/0022-0248(95)00570-6 .
  12. ↑ هو، هوي؛ يانغ، جين؛ غوي، لي؛ سولر، وولفغانغ (2012). "نيوبات الليثيوم على العازل (LNOI): الوضع الراهن والآفاق المستقبلية" (ملف PDF) . الإلكترونيات الضوئية السيليكونية والدوائر المتكاملة الضوئية III . المجلد 8431. الصفحات 84311D. doi : 10.1117/12.922401 . S2CID 120452519 .   
  13. ↑ غرانج، ر.؛ تشوي، ج. و.؛ هسيه، س. ل.؛ بو، ي.؛ ماغريز، أ.؛ سماجدا، ر.؛ فورو، ل.؛ بسالتيس، د. (2009). "أسلاك نانوية من نيوبات الليثيوم: التركيب، والخواص البصرية، والمعالجة" . رسائل الفيزياء التطبيقية . 95 (14): 143105. Bibcode : 2009ApPhL..95n3105G . doi : 10.1063/1.3236777 . مؤرشف من الأصل بتاريخ 14-05-2016.
  14. ↑ أوفراي م، مينويل س، فورت ي، إيشباخ ج، روكسيل د، فنسنت ب (2009). "تخليق جديد لأكاسيد النيوبيوم النانوية وجزيئات نيوبات الليثيوم وتوصيفها بواسطة تحليل XPS". مجلة علوم النانو وتكنولوجيا النانو . 9 (8): 4780-4789 . CiteSeerX 10.1.1.465.1919 . doi : 10.1166/jnn.2009.1087 . PMID 19928149 .  
  15. ↑ غريغاس، أ؛ كاسكل، س (2011). " تخليق جسيمات نانوية من LiNbO3 في مصفوفة مسامية متوسطة" . مجلة بيلشتاين لتقنية النانو . 2 : 28-33 . doi : 10.3762/bjnano.2.3 . PMC 3045940. PMID 21977412 .  
  16. ↑ توني، جيمس (2015). الفوتونيات باستخدام نيوبات الليثيوم . دار أرتيك هاوس. رقم ISBN 978-1-60807-923-0.
  17. ↑ غرونك، راشيل؛ هيتشكوك، أوليفر (2024). "تعديل السطح والتماسك في رنانات الموجات الصوتية السطحية المصنوعة من نيوبات الليثيوم" . التقارير العلمية . 14 (1) 6663. arXiv : 2306.14813 . Bibcode : 2024NatSR..14.6663G . doi : 10.1038/s41598-024-57168-x . PMC 10954613. PMID 38509245 .  
  18. ↑ "رقائق تانتالات الليثيوم مقابل رقائق نيوبات الليثيوم" . www.samaterials.com . تاريخ الاسترجاع: 27-06-2025 .
  19. ↑ "رقائق نيوبات الليثيوم CY0066 (رقائق LiNbO3)" . مواد ستانفورد المتقدمة . تم الاطلاع عليه في 18 أكتوبر 2024 .
  20. ↑ كاراسكوسا، م.؛ غارسيا-كابانيس، أ.؛ جوبيرا، م.؛ راميرو، ج.ب.؛ أغولو-لوبيز، ف. (2015). "LiNbO3 : ركيزة كهروضوئية للتلاعب المتوازي المكثف وتشكيل الأجسام النانوية". مراجعات الفيزياء التطبيقية . 2 (4). AIP Publishing: 040605. Bibcode : 2015ApPRv...2d0605C . doi : 10.1063/1.4929374 . hdl : 10486/669584 . ISSN 1931-9401 . 
  21. ^ غارسيا كابانييس، ملاك؛ بلاسكيز كاسترو، ألفونسو؛ أريزمندي، لويس؛ أغولو لوبيز، فرناندو؛ كاراسكوسا ، مرسيدس (2018/01/30). "الإنجازات الحديثة في مجال الملقط الكهروضوئي الإلكتروني المعتمد على نيوبات الليثيوم" . بلورات . 8 (2). MDPI AG: 65. بيب كود : 2018كريست...8...65 G. دوى : 10.3390/cryst8020065 . اتش دي ال : 10486/681685 . ردمك 2073-4352 . 
  22. ^ بلاسكيز كاسترو، أ. غارسيا كابانييس، أ؛ كاراسكوسا، م. (2018). “التطبيقات البيولوجية للمواد متعلق بالعازل الكهربائي الشفاف”. مراجعات الفيزياء التطبيقية . 5 (4). نشر AIP: 041101.arXiv : 2109.00429 . بيب كود : 2018ApPRv...5d1101B . دوى : 10.1063/1.5044472 . ISSN 1931-9401 . S2CID 139511670 .  
  23. ^ بلاسكيز كاسترو، ألفونسو؛ ستوكيرت، خوان C .؛ لوبيز أرياس، بيجونيا؛ خوارانز، أنجيليس؛ أغولو لوبيز، فرناندو؛ غارسيا كابانييس، أنجيل؛ كاراسكوسا، مرسيدس (2011). "موت الخلايا السرطانية الناجم عن التأثير الكهروضوئي السائب لـ LiNbO 3 : Fe تحت إشعاع الضوء المرئي" . العلوم الكيميائية الضوئية والبيولوجية الضوئية . 10 (6). Springer Science and Business Media LLC: 956– 963. بيب كود : 2011PhPhS..10..956B . دوى : 10.1039/c0pp00336k . ISSN 1474-905X . بميد 21336376 .  
  24. ↑ ماين، جيه.-بي.؛ لاو، سي.؛ كناب، آر.؛ والنشتاين، آر.؛ فيجر، إم إم (2001). "تصنيع تانتالات الليثيوم المستقطب دوريًا لتوليد الأشعة فوق البنفسجية باستخدام ليزرات ثنائية". الفيزياء التطبيقية ب . 73 (2): 111-114 . Bibcode : 2001ApPhB..73..111M . doi : 10.1007/s003400100623 . S2CID 119763435 . 
  25. ↑ غريللي، سيمونيتا؛ فيرارو، بيترو؛ دي ناتالي، باولو؛ تيريبيلي، برونو؛ فاسالي، ماسيمو (2005). "بنى دورية نانوية سطحية في نيوبات الليثيوم المتطابقة عن طريق تشكيل انعكاس المجال والحفر التفاضلي" . رسائل الفيزياء التطبيقية . 87 (23): 233106. Bibcode : 2005ApPhL..87w3106G . doi : 10.1063/1.2137877 .
  26. ↑ فيرارو، ب.؛ غريللي، س. (2006). "تعديل سُمك نمط المقاومة للتحكم في حجم وعمق المجالات المعكوسة دون الميكرون في نيوبات الليثيوم". رسائل الفيزياء التطبيقية . 89 (13): 133111. Bibcode : 2006ApPhL..89m3111F . doi : 10.1063/1.2357928 .
  27. ↑ جوندت، ديتر هـ. (1997). "معادلة سيلميير المعتمدة على درجة الحرارة لمعامل الانكسارنهـ{\displaystyle n_{e}}في نيوبات الليثيوم المتجانس. رسائل البصريات . 22 (20): 1553-1555 . رمز Bibcode : 1997OptL...22.1553J . doi : 10.1364/OL.22.001553 . PMID 18188296 . 
  28. ↑ دينغ، إل إتش؛ غاو، إكس إم؛ كاو، زد إس؛ تشين، دبليو دي؛ يوان، واي كيو؛ تشانغ، دبليو جيه؛ غونغ، زد بي (2006). "تحسين معادلة سيلميير لبلورة LiNbO3 المستقطبة دوريًا باستخدام توليد فرق التردد في نطاق الأشعة تحت الحمراء المتوسطة". اتصالات البصريات . 268 (1): 110-114 . Bibcode : 2006OptCo.268..110D . doi : 10.1016/j.optcom.2006.06.082 .
  29. ↑ غاير، أ.؛ ساكس، ز.؛ غالون، إ.؛ آري، أ. (2008). "معادلات معامل الانكسار المعتمدة على درجة الحرارة والطول الموجي لـ LiNbO3 المتجانس والمتكافئ كيميائيًا والمطعم بأكسيد المغنيسيوم " . مجلة الفيزياء التطبيقية ب . 91 (2): 343-348 . Bibcode : 2008ApPhB..91..343G . doi : 10.1007/s00340-008-2998-2 . S2CID 195290628 . 

المصادر المذكورة

  • ورقة بيانات إنراد حول نيوبات الليثيوم