Fig. 1. (a) La struttura della supercella di Al2O3, (b) l'interstiziale Ti 3 + , Al vacante e Ti . sostitutivo 3 + Modelli, e il loro processo di trasformazione, (c) il contatto di linea Ti 3 + -Ti 3 + modello a coppia ionica, (d) il contatto frontale Ti 3 + -Ti 3 + modello a coppia ionica, (e) il punto di contatto Ti4+-Ti 3 + modello a coppia ionica (la vacanza di Al è considerata come il meccanismo di compensazione della carica di Ti 4 + ). Attestazione:SIOM
Recentemente, un gruppo di ricerca dello Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics (SIOM) dell'Accademia cinese delle scienze (CAS) ha condotto uno studio teorico sull'origine del Ti:cristallo di zaffiro laser nelle regioni vicine all'ultravioletto e visibile utilizzando il metodo dei primi principi basato sulla teoria del funzionale della densità. I risultati della ricerca correlati sono stati pubblicati in Materiali Oggi Comunicazioni .
Ti:zaffiro, noto anche come α-Al . drogato con Ti 2 oh 3 cristallo singolo, è un materiale di cristallo laser molto importante. Attualmente, è anche uno dei materiali chiave in una classe di super-intensi, ultra veloce, e dispositivi laser sintonizzabili. Poiché le sue proprietà laser sono state segnalate nel 1982, l'origine di alcuni fenomeni di assorbimento sospetti nella banda di assorbimento ottico del Ti:lo zaffiro è stato uno dei centri di attenzione e ricerca.
Secondo la distribuzione della lunghezza d'onda, queste discutibili bande di assorbimento possono essere grossolanamente suddivise in tre regioni:la banda di assorbimento del vicino ultravioletto con un picco a 390 nm, la banda di assorbimento visibile con configurazione multi-picco e piccoli urti, e la banda di assorbimento infrarosso residuo sovrapposta alla banda di emissione laser.
In questo studio, i ricercatori hanno eseguito uno studio teorico sistematico sul fenomeno di assorbimento sospetto di Ti:zaffiro nelle regioni vicine all'ultravioletto e visibile.
Attraverso l'analisi della struttura cristallina dell'allumina e il calcolo delle proprietà elettroniche ed ottiche dei possibili modelli di difetto di drogaggio del Ti singolo e di difetto di coppia ionica di Ti in Ti:zaffiro, hanno sottolineato che quando c'è un posto vacante Al vicino all'interstiziale Ti 3 + , l'interstiziale Ti 3 + entrerà nel posto vacante di Al attraverso il rilassamento strutturale, ed infine forma difetto equivalente al Ti . sostitutivo 3 + .
Il trasferimento di carica del Ti . sostitutivo 3 + l'elettrone 3d dello ione dall'orbitale Ti 3d all'orbitale Al 3s3p è la ragione principale della banda di assorbimento del vicino ultravioletto, e gli spettri di assorbimento calcolati sono in buon accordo con gli spettri sperimentali.
Inoltre, la configurazione multi-picco e gli urti della banda di assorbimento visibile sono principalmente causati dal contributo del contatto di linea Ti 3 + -Ti 3 + , contatto facciale Ti 3 + -Ti 3 + , e punto di contatto Ti 4 + -Ti 3 + coppie di ioni.
Inoltre, i ricercatori hanno fornito una comprensione più completa della configurazione multi-picco e dei rigonfiamenti delle bande di assorbimento visibili dal punto di vista della teoria del campo dei ligandi e dell'attivazione termica.
Questo studio non solo rivela l'origine delle caratteristiche di assorbimento sospette in Al . drogato con Ti 2 oh 3 cristallo ma fornisce anche idee per lo studio di difetti e proprietà di simili ossidi drogati con ioni di metalli di transizione aventi struttura di corindone.
