लिथियम निओबेट

लिथियम निओबेट

File:Lithium niobate crystal.jpg
__ Li+     __ Nb5+     __ O2−
Names
Other names Lithium niobium oxide, lithium niobium trioxide
Identifiers
CAS Number	12031-63-9 File:Yes check.svgY
3D model (JSmol)	Interactive image
ChemSpider	10605804 File:Yes check.svgY
PubChem CID	159404
InChI InChI=1S/Li.Nb.3O/q+1;;;;-1 File:Yes check.svgY Key: GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N File:Yes check.svgY InChI=1/Li.Nb.3O/q+1;;;;-1/rLi.NbO3/c;2-1(3)4/q+1;-1 Key: GQYHUHYESMUTHG-YHKBGIKBAK
SMILES [Li+].[O-][Nb](=O)=O
Properties
Chemical formula	LiNbO3
Molar mass	147.846 g/mol
Appearance	colorless solid
Density	4.30 g/cm3
Melting point	1,240 °C (2,260 °F; 1,510 K)
Solubility in water	None
Band gap	4 eV
Refractive index (nD)	no 2.3007, ne 2.2116
Structure
Crystal structure	Trigonal, hR30
Space group	R3c, No. 161
Point group	3m (C3v)
Lattice constant	a = 0.51501 nm, b = 0.51501 nm, c = 0.54952 nm α = 62.057°, β = 62.057°, γ = 60°
Formula units (Z)	6
Hazards
Lethal dose or concentration (LD, LC):
LD50 (median dose)	8 g/kg (oral, rat)
Except where otherwise noted, data are given for materials in their standard state (at 25 °C [77 °F], 100 kPa). File:X mark.svgN verify (what is File:Yes check.svgYFile:X mark.svgN ?) Infobox references

लिथियम नाइओबेट (LiNbO₃) एक कृत्रिम नमक (रसायन विज्ञान) है जिसमें नाइओबियम, लिथियम और ऑक्सीजन सम्मिलित हैं। इसके एकल क्रिस्टल प्रकाशिय वेवगाइड्स, मोबाइल फोन, पीजोइलेक्ट्रिक ज्ञानेंद्री, प्रकाशिय न्यूनाधिक और विभिन्न रैखिक और गैर-रैखिक प्रकाशिय अनुप्रयोगों के लिए एक महत्वपूर्ण सामग्री हैं। लिथियम नाइओबेट को कभी-कभी ब्रांड नाम लिनोबेट द्वारा संदर्भित किया जाता है।

गुण

लिथियम नाइओबेट एक रंगहीन सॉलिड है और यह पानी में अघुलनशील है। इसमें एक त्रिकोणीय क्रिस्टल प्रणाली है, जिसमें व्युत्क्रम समरूपता का अभाव है और फेरोइलेक्ट्रिकिटी, पॉकल्स प्रभाव, पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव, फोटोलेस्टिकिटी और गैर रेखीय प्रकाशिकी ध्रुवीकरण प्रदर्शित करता है। लिथियम नाइओबेट में ऋणात्मक एकअक्षीय बायरफ्रिंजेंस होता है जो क्रिस्टल के स्तुईचिओमेटरी और तापमान पर निर्भर करता है यह 350 और 5200 नैनोमीटर के बीच तरंग दैर्ध्य के लिए पारदर्शी है।

लिथियम नाइओबेट को मैग्नीशियम ऑक्साइड द्वारा डोप किया जा सकता जो प्रकाशिय क्षति सीमा से ऊपर डोप किए जाने पर प्रकाशिय क्षति (जिसे फोटोरिफ़्रेक्टिव क्षति के रूप में भी जाना जाता है) के प्रतिरोध को बढ़ाता है। अन्य उपलब्ध डोपेंट लोहा , जस्ता , हेफ़नियम , तांबा , गैडोलीनियम , एर्बियम , येट्रियम , मैंगनीज और बोरान हैं।

विकास

लिथियम नाइओबेट के एकल क्रिस्टल को ज़ोक्राल्स्की प्रक्रिया का उपयोग करके उगाया जा सकता है।

एक जेड-कट, एकल क्रिस्टल लिथियम नाइओबेट वेफर

क्रिस्टल बनाने के बाद इसे अलग-अलग अभिविन्यास के वफ़र में काटा जाता है। सामान्य अभिविन्यास z-कट, x-कट, y-कट और पिछले अक्षों के घुमाए गए कोणों के साथ कट हैं।

पतली-फिल्में

स्मार्ट कट (आयन स्लाइसिंग) या MOCVD प्रक्रिया का उपयोग करके थिन-फिल्म लिथियम नाइओबेट (उदाहरण के लिए ऑप्टिकल वेव गाइड के लिए ) को नीलम और अन्य सबस्ट्रेट्स में स्थानांतरित या उगाया जा सकता है। इस तकनीक को लिथियम नाइओबेट-ऑन-इंसुलेटर (एलएनओआई) के रूप में जाना जाता है।

नैनोकण

कम तापमान पर लिथियम नाइओबेट और नाइओबियम पेंटोक्साइड के नैनोकणों का उत्पादन किया जा सकता है। पूर्ण प्रोटोकॉल का अर्थ है NbCl की LiH प्रेरित कमी जिसके बाद स्व-स्थाने सहज ऑक्सीकरण कम-वैलेंस नाइओबियम नैनो-ऑक्साइड में होता है। ये नाइओबियम ऑक्साइड हवा के वातावरण के संपर्क में आते हैं जिसके परिणामस्वरूप शुद्ध Nb₂O₅ प्राप्त होता है, अंत में स्थिर Nb₂O₅ लीथियम नियोबेट LiNbO में परिवर्तित हो जाता है₃ LiH अतिरिक्त के नियंत्रित हाइड्रोलिसिस के दौरान लिथियम नाइओबेट LiNbO_{3 3नैनोकणों में परिवर्तित हो जाता है}। _{लगभग 10 nm के व्यास के साथ लिथियम नाइओबेट के गोलाकार नैनोकणों को लिनो 3} और NH₄NbO(C₂O₄)₂ के एक जलीय घोल के मिश्रण के साथ एक मेसोपोरस सिलिका मैट्रिक्स लगाकर तैयार किया जा सकता है इसके बाद इन्फ्रारेड भट्टी में 10 मिनट तक गर्म किया जाता है।

अनुप्रयोग

दूरसंचार बाजार में लिथियम नाइओबेट का बड़े स्तर पर उपयोग किया जाता है, उदाहरण मोबाइल टेलीफोन और ऑप्टिकल न्यूनाधिक में। इसके बड़े इलेक्ट्रो-मैकेनिकल कपलिंग के कारण, यह सतह ध्वनिक तरंग उपकरणों के लिए पसंद की सामग्री है। कुछ उपयोगों के लिए इसे LiTaO₃लिथियम टैंटालेट से द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है। अन्य उपयोगों में लेज़र फ़्रीक्वेंसी दोहरीकरण , नॉनलाइनियर ऑप्टिक्स , पॉकेल्स सेल , ऑप्टिकल पैरामीट्रिक ऑसिलेटर्स , लेज़रों के लिए क्यू-स्विचिंग डिवाइस, अन्य एकॉस्टो-ऑप्टिक डिवाइस, गीगाहर्ट्ज़ फ़्रीक्वेंसी के लिए ऑप्टिकल स्विच आदि सम्मिलित हैं। ऑप्टिकल वेवगाइड्स के निर्माण के लिए एक उत्कृष्ट सामग्री है। इसका उपयोग ऑप्टिकल स्थानिक लो-पास (एंटी - एलियासिंग फ़िल्टर बनाने में भी किया जाता है।

पिछले कुछ वर्षों में लिथियम निओबेट एक प्रकार के इलेक्ट्रोस्टैटिक चिमटी के रूप में अनुप्रयोगों को ढूंढ रहा है, एक दृष्टिकोण जिसे ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक चिमटी के रूप में जाना जाता है क्योंकि प्रभाव के लिए प्रकाश उत्तेजना की आवश्यकता होती है। यह प्रभाव उच्च लचीलेपन के साथ माइक्रोमीटर-स्केल कणों के बारीक हेरफेर की अनुमति देता है क्योंकि ट्वीज़िंग क्रिया प्रबुद्ध क्षेत्र तक सीमित है। प्रभाव प्रबुद्ध स्थान के भीतर प्रकाश जोखिम (1-100 केवी/सेमी) के दौरान उत्पन्न बहुत उच्च विद्युत क्षेत्रों पर आधारित है। इन गहन क्षेत्रों का अनुप्रयोग बायोफिज़िक्स और जैव प्रौद्योगिकी में भी हो रहा है, क्योंकि वे विभिन्न तरीकों से जीवित जीवों को प्रभावित कर सकते हैं. उदाहरण के लिए, दृश्य प्रकाश से उत्तेजित आयरन-डोप्ड लिथियम नाइओबेट को ट्यूमर कोशिका संवर्धन में कोशिका मृत्यु उत्पन्न करते हुए दिखाया गया है।

समय-समय पर ध्रुवीकृत लिथियम निओबेट (PPLN)

समय-समय पर ध्रुवित लिथियम नाइओबेट (पीपीएलएन) एक डोमेन-इंजीनियर लिथियम नाइओबेट क्रिस्टल है, जो मुख्य रूप से गैर-रैखिक प्रकाशिकी में अर्ध-चरण-मिलान प्राप्त करने के लिए उपयोग किया जाता है। फेरोइलेक्ट्रिक डोमेन आमतौर पर 5 और 35 माइक्रोन के बीच की अवधि के साथ +c और -c दिशा के लिए वैकल्पिक रूप से इंगित करता है। इस सीमा की छोटी अवधि का उपयोग दूसरी हार्मोनिक पीढ़ी के लिए उपयोग किया जाता है, जबकि ऑप्टिकल पैरामीट्रिक दोलन के लिए लंबी होती है। समय-समय पर संरचित इलेक्ट्रोड के साथ विद्युत पोलिंग द्वारा आवधिक पोलिंग प्राप्त की जा सकती है। तापमान के साथ फैलाव की थोड़ी भिन्नता के कारण क्रिस्टल के नियंत्रित ताप का उपयोग माध्यम में चरण मिलान को ठीक करने के लिए किया जा सकता है।

आवधिक पोलिंग लिथियम निओबेट के नॉनलाइनियर टेन्सर, डी के सबसे बड़े मूल्य का उपयोग करता है₃₃ = 27 अपराह्न/वि. अर्ध-चरण मिलान अधिकतम दक्षता देता है जो पूर्ण d का 2/π (64%) है₃₃, लगभग 17 अपराह्न/वि.

आवधिक पोलिंग के लिए उपयोग की जाने वाली अन्य सामग्रियां वाइड ऊर्जा अंतराल अकार्बनिक क्रिस्टल हैं जैसे पोटेशियम टिटानिल फॉस्फेट (जिसके परिणामस्वरूप समय-समय पर केटीपी, पीपीकेटीपी) लिथियम टैंटलेट और कुछ कार्बनिक पदार्थ होते हैं।

आवधिक पोलिंग तकनीक का उपयोग सतही नैनोस्ट्रक्चर बनाने के लिए भी किया जा सकता है।

हालांकि इसकी कम फोटोरिफ्रेक्टिव क्षति सीमा के कारण पीपीएलएन को केवल सीमित अनुप्रयोग मिलते हैं: बहुत कम बिजली के स्तर पर। MgO-doped लिथियम नाइओबेट समय-समय पर पोल विधि द्वारा निर्मित होता है। आवधिक रूप से पोलित MgO-डोप्ड लिथियम नाइओबेट (PPMgOLN) इसलिए अनुप्रयोग को मध्यम शक्ति स्तर तक विस्तारित करता है।

सेलमीयर समीकरण

असाधारण सूचकांक के लिए सेलमीयर समीकरण का उपयोग अर्ध-चरण मिलान के लिए पोलिंग अवधि और अनुमानित तापमान का पता लगाने के लिए किया जाता है। जुंड्ट देता है

${n_{e}^{2}\approx 5.35583+4.629\times 10^{-7}f+{0.100473+3.862\times 10^{-8}f \over \lambda ^{2}-(0.20692-0.89\times 10^{-8}f)^{2}}+{100+2.657\times 10^{-5}f \over \lambda ^{2}-11.34927^{2}}-1.5334\times 10^{-2}\lambda ^{2}}$ 0.4 से 5 माइक्रोमीटर की तरंग दैर्ध्य के लिए 20 से 250 °C तक मान्य है, जबकि लंबी तरंग दैर्ध्य के लिए,

${n_{e}^{2}\approx 5.39121+4.968\times 10^{-7}f+{0.100473+3.862\times 10^{-8}f \over \lambda ^{2}-(0.20692-0.89\times 10^{-8}f)^{2}}+{100+2.657\times 10^{-5}f \over \lambda ^{2}-11.34927^{2}}-(1.544\times 10^{-2}+9.62119\times 10^{-10}\lambda )\lambda ^{2}}$ जो 2.8 और 4.8 माइक्रोमीटर के बीच तरंग दैर्ध्य λ के लिए T = 25 से 180 °C के लिए मान्य है।

इन समीकरणों में f = (T − 24.5)(T + 570.82), λ माइक्रोमीटर में है, और T °C में है।

आम तौर पर MgO-doped के लिए साधारण और असाधारण सूचकांक के लिए LiNbO₃:

$n^2\approx <!--\; \approx \; -->a_1+b_{1}f+\frac{a_2+b_{2}f}{{\mathrm{\lambda <!--\; \lambda \; -->}}^2-<!--\; -\; -->{(a_3+b_{3}f)}^2}+\frac{}{}$