ニオブ酸リチウム

ニオブ酸リチウム
	; __ リチウム+ __ ニオブ5+ __ 酸素2−
名前
	その他の名前ニオブ酸リチウム、三酸化ニオブ酸リチウム
識別子
CAS番号	12031-63-9 ;
3Dモデル（JSmol）	インタラクティブ画像;
ケムスパイダー	10605804 ;
ECHA 情報カード	100.031.583
パブケム CID	159404;
CompTox ダッシュボード ( EPA )	ＤＴＸＳＩＤ００８９４１８３;
	InChI InChI=1S/Li.Nb.3O/q+1;;;;-1 キー: GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N ; InChI=1/Li.Nb.3O/q+1;;;;-1/rLi.NbO3/c;2-1(3)4/q+1;-1 キー: GQYHUHYESMUTHG-YHKBGIKBAK;
	笑顔 [Li+].[O-][Nb](=O)=O;
プロパティ
化学式	リチウムニオブ酸3
モル質量	147.846グラム/モル
外観	無色の固体
密度	4.30 g/cm3 [
融点	1,240 °C (2,260 °F; 1,510 K)
水への溶解度	なし
バンドギャップ	3.77eV
屈折率( n D )	2.3007番、2.2116番[
構造
結晶構造	三角、hR30
空間群	R3c、No.161
点群	3m（C 3v）
格子定数	a = 0.51501 nm、b = 0.51501 nm、c = 0.54952 nm α = 62.057°、β = 62.057°、γ = 60°
数式単位( Z )	6
危険
	致死量または濃度（LD、LC）：
LD 50 (平均投与量)	8 g/kg（経口、ラット）
	特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。確認する（何ですか？）インフォボックス参照

ニオブ酸リチウム（Li Nb O ₃）は、ニオブ、リチウム、酸素からなる合成塩である。その単結晶は、光導波路、携帯電話、圧電センサー、光変調器、その他さまざまな線形および非線形光学アプリケーションにとって重要な材料である。^{[6]ニオブ酸リチウムは、}リノベートというブランド名で呼ばれることもある。^[7]

プロパティ

ニオブ酸リチウムは無色の固体で、水に溶けません。三方晶系で反転対称性がなく、強誘電性、ポッケルス効果、圧電効果、光弾性、非線形光学分極率を示します。ニオブ酸リチウムは負の一軸複屈折性を持ち、結晶の化学量論と温度にわずかに左右されます。350～5200ナノメートルの波長では透明です。

ニオブ酸リチウムは酸化マグネシウムでドープすることができ、これにより光損傷（光屈折損傷とも呼ばれる）に対する耐性が向上します。その他の使用可能なドーパントは、鉄、亜鉛、ハフニウム、銅、ガドリニウム、エルビウム、イットリウム、マンガン、ホウ素です。

成長

ニオブ酸リチウムの単結晶はチョクラルスキー法を用いて成長させることができる。^[8]

結晶が成長した後、異なる方向のウェーハにスライスされます。一般的な方向は、Zカット、Xカット、Yカット、および前の軸の回転角度でのカットです。^[9]

薄膜

薄膜ニオブ酸リチウム（例えば光導波路用）は、スマートカット（イオンスライス）プロセス^[10]^[11]またはMOCVDプロセス^[12]を使用して、サファイアやその他の基板上に転写または成長させることができます。この技術は、絶縁体上のニオブ酸リチウム（LNOI）として知られています。^[13]

ナノ粒子

ニオブ酸リチウムおよび五酸化ニオブのナノ粒子は低温で生成できる。^[14]完全なプロトコルは、LiH による NbCl ₅の還元に続いてその場での自発的な酸化により低原子価ニオブナノ酸化物を生成することを意味している。これらのニオブ酸化物は大気にさらされ、純粋な Nb ₂ O ₅となる。最後に、安定した Nb ₂ O ₅は、過剰の LiH の制御された加水分解中にニオブ酸リチウム LiNbO ₃ナノ粒子に変換される。 ^[15]直径約 10 nm のニオブ酸リチウムの球状ナノ粒子は、メソポーラスシリカマトリックスに LiNO ₃と NH ₄ NbO(C ₂ O ₄ ) ₂の水溶液の混合物を含浸させ、赤外線炉で 10 分間加熱することによって調製できる。^[16]

アプリケーション

ニオブ酸リチウムは、携帯電話や光変調器などの通信市場で広く使用されています。^{[17]電気機械結合が大きいため、}表面弾性波 (SAW)デバイスの材料として好まれています。 ^{[18]用途によっては、}リチウムタンタレート ( LiTaO ₃ )に置き換えることができます。その他の用途としては、レーザー周波数倍増、非線形光学、ポッケルスセル、光パラメトリック発振器、レーザー用Q スイッチングデバイス、その他の音響光学デバイス、ギガヘルツ周波数用光スイッチなどがあります。ニオブ酸リチウムは光導波路の製造に最適な材料です。また、光空間ローパス (アンチエイリアシング) フィルターの製造にも使用されます。さらに、熱電型赤外線 (IR) 検出器にも使用され、電荷を生成して温度変化を検出します。^[19]

過去数年間、ニオブ酸リチウムは、一種の静電ピンセットとして応用されつつあり、この効果は光励起を必要とすることから、光電子ピンセットとして知られている。^[20]^[21]この効果により、ピンセット動作が照射領域に制限されるため、マイクロメートル規模の粒子を高い柔軟性で微細に操作することができる。この効果は、照射スポット内で光照射中に生成される非常に高い電界（1～100 kV/cm）に基づいている。これらの強力な電界は、さまざまな方法で生体に影響を与えることができるため、生物物理学やバイオテクノロジーにも応用されている。^[22]たとえば、可視光で励起された鉄ドープニオブ酸リチウムは、腫瘍細胞培養で細胞死を引き起こすことがわかっている。^[23]

周期分極ニオブ酸リチウム（PPLN）

周期分極反転リチウムニオブ酸（PPLN）は、ドメインエンジニアリングされたリチウムニオブ酸結晶であり、主に非線形光学における擬似位相整合の実現に使用されます。強誘電体ドメインは、周期が通常 5 ～ 35 μmで、交互に+c方向と-c方向を向いています。この範囲の短い周期は第二高調波発生に使用され、長い周期は光パラメトリック発振に使用されます。周期分極反転は、周期的に構造化された電極による電気的分極反転によって実現できます。結晶の制御された加熱を使用して、温度による分散のわずかな変化に応じて媒体内の位相整合を微調整できます。

周期分極はニオブ酸リチウムの非線形テンソルの最大値d ₃₃ = 27 pm/Vを使用する。擬似位相整合では最大効率が得られ、これは全d ₃₃の2/π（64%）、つまり約17 pm/Vである。^[24]

周期分極に使用される他の材料としては、KTP （周期分極 KTP、PPKTPとなる）、タンタル酸リチウム、およびいくつかの有機材料などのワイドバンドギャップ無機結晶がある。

周期的分極反転技術は表面ナノ構造の形成にも使用できる。^[25]^[26]

しかし、光屈折損傷閾値が低いため、PPLN の用途は限定されており、非常に低い電力レベルでしか使用できません。MgO ドープニオブ酸リチウムは、周期分極反転法で製造されます。周期分極反転 MgO ドープニオブ酸リチウム (PPMgOLN) は、中程度の電力レベルまで用途を拡大します。

セルマイヤー方程式

異常屈折率のセルマイヤー方程式は、擬似位相整合の分極周期とおおよその温度を求めるのに用いられる。Jundt ^[27]は次のように示している。

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}}}-1.53​​34\times 10^{-2}\lambda ^{2},

0.4～5マイクロメートルの波長では20～250℃の範囲で有効であるが、より長い波長では^[28]

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},

これは、 T = 25 ～ 180 °C、波長 λ が 2.8 ～ 4.8 マイクロメートルの場合に有効です。

これらの式f = ( T − 24.5)( T + 570.82)において、λの単位はマイクロメートル、Tの単位は°Cです。

より一般的には、MgOドープLiNbO ₃の通常屈折率と異常屈折率は次のようになります。

{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},}

と：

合同LiNbO ₃ (CLN)と化学量論LiNbO ₃ (SLN)の場合。^[29]

参照

参考文献

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引用元

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外部リンク

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