Кіріспе
Алюминий гранат (LuAG) - жоғары тиімділікті лазерлік құрылғыларда қолдану үшін белгілі бірегей кристалдық құрылымы бар органикалық емес қосылыс. LuAG сонымен қатар мөлдір керамика синтездеуде де пайдалы. LuAG - қоздырғышты қоздыру арқылы сәулесін шашып, қоздырудан кейін люминесценция көрсететін сцинтилляциялық кристалл. Сцинтилляциялық кристалдар жоғары құрылымдық кемелділік, жоғары тығыздық және жоғары тиімді атомдық сан үшін таңдалады. LuAG әсіресе басқа кристаллдарға қарағанда жоғары тығыздығы мен жылу өткізгіштігі үшін артықшылыққа ие. LuAG басқа сирек кездесетін жер гранаттарына қарағанда салыстырмалы түрде кіші решеттік тұрақтылыққа ие, бұл жоғары тығыздықты тудырады, бұл кристалдық өрісті тар желілер енімен және сіңіру мен шығаруға энергия деңгейінің үлкен бөлінуіне әкеледі. Бұл қасиеттер оны диодты сорғыланған қатты күйдегі лазерлерде қолданылатын Yb, Tm, Er және Ho сияқты белсенді иондар үшін тамаша қоныс терісіне айналдырады. Лютеций кристалының тығыздығы иттрий сияқты басқа металдардыкынан жоғары, яғни допант иондарын қосумен кристалл қасиеттері өзгермейді. Ол жоғары энергиялы бөлшектерді анықтау және сандық өлшеу үшін оның тығыздығы мен жылулық тұрақтылығы үшін өте пайдалы болуы мүмкін. Бұл жоғары балқу температурасы, лютецийдің жетіспеушілігіне қоса, бұл кристалды пайдалы физикалық қасиеттеріне қарамастан, оның бауырлары гранатқа қарағанда аз қолданылады. Лутеций ионының массасы допинг үшін қолданылатын лазерлік белсенді лантаноидтарға жақын, яғни жылу өткізгіштігі допинг деңгейі жоғары басқа гранат құрылымдарында болатындай өзгермейді. Сонымен қатар, лютецийдің кристалл радиусы допингтің қатысуымен кристалл құрылымында байқалатын өзгерістерді шектейді. LuAG-тің өсу процесі кристаллографиялық құрылымы мен физиохимиялық қасиеттеріне байланысты салыстырмалы түрде қарапайым. Материалдардың жылу тұрақтылығы үшін жоғары қуат көзі мен 2500 ̊С-қа дейінгі температураны басқаруға арналған аппарат қажет. Гранттардың гидротермиялық өсуі 1960 жылдан бері тіркеліп келеді және қазір LuAG үшін бұрын қолданылған дәстүрлі балқыту әдісіне балама әдіс ретінде көрсетілді. Бұл әдіс кристалдарды төмен температурада өсіруге мүмкіндік береді, нәтижесінде оптикалық жағынан пайдасыз кристалл кеңістіктерін тудыратын жылулық әсерінен пайда болатын ақауларды шектейді. Бұл әдіс LuAG тұқымын қолданбай қолданылды, себебі ол қолжетімді емес және қымбат. Оның орнына 0,6% -ға тең кестенің сәйкессіздігі бар иттрий алюминий гранат кристаллдарын қолдану арқылы өсірілді. Өсімдеу ұнтақталған лютеций ((III) оксиді және ұнтақталған сапфирді 2M калий бикарбонаты минерализаторымен 610 640 ̊C жылу градиентімен қолданды.
Lutetium aluminum garnet (commonly abbreviated LuAG, molecular formula Lu3Al5O12) is an inorganic compound with a unique crystal structure primarily known for its use in high efficiency laser devices. LuAG is also useful in the synthesis of transparent ceramics. LuAG is a dopable scintillating crystal that will demonstrate luminescence after excitation. Scintillating crystals are selected for high structural perfection, high density and high effective atomic number. LuAG is particularly favored over other crystals for its high density and thermal conductivity. LuAG has a relatively small lattice constant in comparison to the other rare earth garnets, which results in a higher density producing a crystal field with narrower linewidths and greater energy level splitting in absorption and emission. These properties make it an excellent host for active ions such as Yb, Tm, Er, and Ho employed in diode pumped solid state lasers. The density of the lutetium crystal is greater than that of other metals, such as yttrium, meaning that the crystal properties do not change with the addition of dopant ions. It can be especially useful for high energy particle detection and quantification on account of its density and thermal stability. This high melting temperature, in addition to the lack of availability of lutetium has made this crystal less commonly used than its fellow garnets, despite its favorable physical properties. The mass of the lutetium ion is closer to laser active lanthanides which are used for doping, meaning that the thermal conductivity is not altered as it would be in other garnet structures at higher doping levels. Additionally, the crystal radius of lutetium limits the alterations observed in the crystal structure with doping present. LuAG's growth process is relatively simple due to its crystallographic structure and physiochemical properties. Because of the materials' thermal stability, it requires an apparatus to manage a high power supply and temperatures of up to 2500 ˚C. Hydrothermal growth of garnets has been recorded since the 1960s and has now been demonstrated for LuAG as an alternative technique to the traditional melt method employed in the past. This method enables crystals to be grown at lower temperatures, limiting the thermally induced defects which result in expanses of optically useless crystal. This method was employed without the use of LuAG seed on account of its unavailability and cost. Instead, the growth was performed using yttrium aluminium garnet crystals with a minimal lattice mismatch of 0.6%. The growth was done using powdered lutetium(III) oxide and crushed sapphire feedstock with 2M potassium bicarbonate mineralizer with a thermal gradient of 610 640 ˚C.
Қолданбалар
Алюминий гранат кристалдарының лазерлеу процесін допант атомдары, әдетте сирек кездесетін металдар, жүзеге асырады, олар кристалдық құрылыстағы бастапқы металдың бірнеше атомдарының орнын алады (осы жағдайда лютеций). Лютеций, алюминий және оттегі алмастырылмаған атомдарының допант иондарын қолдаудағы рөлі.