Fig. 1. (a) Supercellstrukturen för Al2O3, (b) den mellanliggande Ti 3 + , Al vakans och substitutionell Ti 3 + modeller, och deras omvandlingsprocess, (c) linjekontakten Ti 3 + -Ti 3 + jonparmodell, (d) ansiktskontakten Ti 3 + -Ti 3 + jonpar modell, (e) punktkontakt Ti4+-Ti 3 + jonparmodell (Al-vakans anses vara laddningskompensationsmekanismen för Ti 4 + ). Kredit:SIOM
Nyligen, en forskargrupp från Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics (SIOM) vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS) genomförde en teoretisk studie om ursprunget till Ti:safirlaserkristall i nära ultravioletta och synliga områden med hjälp av den första principbaserade metoden om densitetsfunktionsteori. Relaterade forskningsresultat har publicerats i Material idag kommunikation .
Ti:safir, även känd som Ti-dopad α-Al 2 O 3 enkristall, är ett mycket viktigt laserkristallmaterial. För närvarande, det är också ett av nyckelmaterialen i en klass av superintensiva, Ultra snabb, och avstämbara laserenheter. Sedan laseregenskaperna rapporterades 1982, ursprunget till några misstänkta absorptionsfenomen i det optiska absorptionsbandet av Ti:safir har varit ett av fokuserna för uppmärksamhet och forskning.
Enligt våglängdsfördelningen, dessa tvivelaktiga absorptionsband kan grovt delas in i tre regioner:det nära ultravioletta absorptionsbandet med en topp vid 390 nm, det synliga absorptionsbandet med flertoppskonfiguration och små stötar, och det återstående infraröda absorptionsbandet överlappade laseremissionsbandet.
I den här studien, forskarna genomförde en systematisk teoretisk studie av det misstänkta absorptionsfenomenet Ti:safir i nära ultravioletta och synliga områden.
Genom analysen av aluminiumoxidens kristallstruktur och beräkningen av de elektroniska och optiska egenskaperna hos de möjliga modellerna för enstaka Ti-dopningsdefekter och Ti-jonpardefektmodeller i Ti:safir, de påpekade att när det finns en Al ledig plats nära den mellanliggande Ti 3 + , det mellanliggande Ti 3 + kommer in i Al-vakansen genom strukturell avslappning, och slutligen bilda defekt ekvivalent med substitutions-Ti 3 + .
Laddningsöverföringsövergången av substitutionell Ti 3 + jons 3d -elektron från Ti 3d -orbital till Al 3s3p -orbital är huvudorsaken till det nära ultravioletta absorptionsbandet, och de beräknade absorptionsspektra är i god överensstämmelse med de experimentella spektra.
Dessutom, flertoppskonfigurationen och stötarna i det synliga absorptionsbandet orsakas huvudsakligen av bidraget från linjekontakt Ti 3 + -Ti 3 + , ansikte-kontakt Ti 3 + -Ti 3 + , och kontaktpunkt Ti 4 + -Ti 3 + jonpar.
Dessutom, forskarna gav en mer omfattande förståelse av flertoppskonfigurationen och stötar av synliga absorptionsband ur perspektivet ligandfältteori och termisk aktivering.
Denna studie avslöjar inte bara ursprunget till de misstänkta absorptionsegenskaperna hos Ti-dopad Al 2 O 3 kristall men ger också idéer för studiet av defekter och egenskaper hos liknande övergångsmetalljoner dopade oxider med korundstruktur.
