1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Известия РАН. Серия физическая
  4. T. 83, № 10, 2019

Известия РАН. Серия физическая, 2019, T. 83, № 10, стр. 1424-1425

Генерация суперконтинуума в монокристалле SrTiO3, допированном ионами Cr

А. Г. Шмелев 1, *, Д. К. Жарков 1, А. В. Леонтьев 1, В. Г. Никифоров 1, В. С. Лобков 1

1 Казанский физико-технический институт имени Е.К. Завойского – обособленное структурное подразделение Федерального государственного бюджетного учреждения науки “Федеральный исследовательский центр “Казанский научный центр Российской академии наук”
Казань, Россия

* E-mail: sgartjom@gmail.com

Поступила в редакцию 01.10.2018
После доработки 20.11.2018
Принята к публикации 20.01.2019

Полный текст (PDF)

Аннотация

Приведены результаты исследования монокристалла SrTiO3 имплантированного ионами Cr+ с энергией 40 кэВ при температуре образца Timp = 600°C. При облучении монокристалла усиленными фемтосекундными лазерными импульсами (несущая λ = 800 нм, частота следования импульсов 3 кГц, длительность импульса 150 фс, энергия импульса 4 мкДж) были зарегистрированы спектры суперконтинуума. Положение “синей” границы суперконтинуума отличается в разных точках образца.

ВВЕДЕНИЕ

Титанат стронция (SrTiO3 – STO) уже более 50 лет активно исследуют различными методами [1‒3]. Этот полупроводник является модельным представителем окислов АВО3 со структурой перовскита и родственных материалов в фундаментальной и прикладной физике. При комнатной температуре он имеет простую кубическую структуру перовскита. При охлаждении STO ведет себя как будто приближается к фазовому переходу в сегнетоэлектрическое состояние, однако вплоть до 30 мК фазовый переход так и не происходит. Эту особенность связывают с преобладанием квантовых явлений при низких температурах, поэтому титанат стронция относят еще и к так называемым виртуальным сегнетоэлектрикам. Существенные изменения свойств любого материала с температурой находит такое прикладное применение как термометры [4], поэтому исследователи заинтересованы в проведении экспериментов с STO в различных температурных режимах. Титанат стронция крайне восприимчив к внешним воздействиям (давлению, электрическому полю), а также присутствию и распределению дефектов и примесей, которые сильно изменяют его свойства. Благодаря такой восприимчивости STO находит массу прикладных применений, от энергонезависимой памяти [5] до фотокатализа [6].

В настоящей работе мы используем мощное фемтосекундное излучение для возбуждения в STO различных нелинейных процессов, которые приводят к генерации суперконтинуума. Так как взаимодействие мощного фемтосекундного излучения с веществом сложный процесс [7], мы ограничились лишь качественными выводами о структуре полученных образцов.

ЭКСПЕРИМЕНТ

В качестве образца использовали монокристалл STO (100), выращенный в Московском энергетическом институте, допированный на установке ИЛУ‑3 Казанского физико-технического института ионами Cr+ с энергией 40 кэВ при температуре образца Timp = 600°C, токе j = 8 мкA · см–2, плотности потока ионов D = 5.0 × 1016 ионов · см– 2. Ни до, ни после имплантации в данном образце нам не удалось зафиксировать характерной люминесценции в области 600–800 нм при возбуждении второй гармоникой фемтосекундного Ti:сапфирового лазера (несущая 400 нм). Однако при облучении усиленными фемтосекундными импульсами (несущая длина волны – 800 нм, энергия в импульсе – 4 мкДж, частота следования импульсов – 3 кГц, длительность – 150 фс, радиус фокусировки лазера – 50 мкм) было зарегистрировано явление генерации суперконтинуума. Схема эксперимента представлена на рис. 1. Излучение фокусировалось на образце линзой с фокусным расстоянием 10 см при нормальном падении. Излучение собиралось кварцевой линзой с фокусным расстоянием 5 см на входную щель монохроматора МДР-12 и далее попадало в ФЭУ-79. Так как коэффициент преломления STO велик (2.4), то необходимо было применять собирающую линзу с большой апертурой (5 см). Кроме того, чтобы повысить отношение сигнал/шум, перед входной щелью монохроматора было установлено диэлектрическое зеркало, которое отражало как минимум 99% излучения накачки в сторону от входной щели.

Рис. 1.

Схема экспериментальной установки: Л – линзы, О – образец, Ф – светофильтр, диэлектрическое широкополосное зеркало, С – монохроматор с ФЭУ.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Экспериментальные данные, представленные на рис. 2, демонстрируют спектры излучения суперконтинуума, полученные при облучении фемтосекундными импульсами двух разных точек образца.

Рис. 2.

Спектры суперконтинуума полученные при облучении двух разных точек на образце монокристалла SrTiO3, допированного ионами Cr+.

В спектральной области >700 нм зеркало отражает 99% падающего излучения, но прошедшее излучение накачки всё равно хорошо детектируется ФЭУ. Самое главное отличие двух спектров – это положение “синей” границы спектра излучения суперконтинуума: для двух точек кристалла STO положение “синей” границы отличается более чем на 20 нм.

Известно [1], что в спектре люминесценции STO, допированного Cr3+, наблюдается бесфононная линия на длине волны 780 нм. Однако в наших экспериментах мы не зафиксировали заметной люминесценции. Мы полагаем, что отсутствие заметной люминесценции свидетельствует в пользу того, что ионы Cr находились в однократно заряженном состоянии, тогда как бесфононная линия люминесценции в районе 780 нм характерна для иона Cr+3. Однако имплантация, пусть и при относительно высокой температуре, привела к образованию локальных дефектов, неоднородно распределённых по образцу, что проявляется в изменении положения “синей” границы спектра суперконтинуума в разных точках образца.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При облучении монокристалла SrTiO3, имплантированного ионами Cr+ с энергией 40 кэВ при температуре образца Timp = 600°C усиленными фемтосекундными лазерными импульсами, были зарегистрированы спектры суперконтинуума. Положение “синей” границы суперконтинуума отличается в разных точках образца, что свидетельствует о присутствии значительного количества дефектов. То, что ионы Cr находятся в однократно заряженном состоянии свидетельствует отсутствие регистрируемой бесфононной линии в спектре люминесценции.

Работа поддержана грантами РФФИ № 18-52-00026 Бел_а, 17-02-00701а.

Список литературы

  1. Grabner L. // Phys. Rev. 1969. V. 177. P. 1315.

  2. Hemberger J., Lunkenheimer P., Viana R. et al. // Phys. Rev. B. 1995. V. 52. № 18. P. 13159.

  3. Basun S.A., Bianchib U., Bursiar V.E. et al. // J. Lumin. 1996. V. 66–67. P. 526.

  4. Lapaev D.V., Nikiforov V.G., Lobkov V.S. et al. // Opt. Mat. 2018. V. 75. P. 787.

  5. Janousch M., Meijer G.I., Staub U. et al. // Adv. Mater. 2007. V. 19. P. 2232.

  6. Liu J.W., Chena G., Liac Z.H. et al. // J. Sol. St. Chem. 2006. V. 179. № 12. P. 3704.

  7. Leontyev A.V., Zharkov D.K., Shmelev A.G. et al. // EPJ Web Conf. 2015. V. 103. Art. no. 07002.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Известия РАН. Серия физическая

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал