Введение
Неорганическое соединение Лутеций алюминиевый гранат (обычно сокращенно LuAG, молекулярная формула Lu3Al5O12) является неорганическим соединением с уникальной кристаллической структурой, в первую очередь известным своим использованием в высокоэффективных лазерных устройствах. ЛуАГ также полезен при синтезе прозрачной керамики. LuAG - это допируемый сцинтилирующий кристалл, который проявляет люминесценцию после возбуждения. Сцинтилирующие кристаллы выбираются для высокой структурной совершенства, высокой плотности и высокого эффективного атомного числа. ЛуАГ особенно предпочтителен по сравнению с другими кристаллами из-за его высокой плотности и теплопроводности. LuAG имеет относительно небольшую постоянную решетки по сравнению с другими редкоземельными гранатами, что приводит к более высокой плотности, создающей кристаллическое поле с более узкими ширинами линий и большим разделением уровня энергии в поглощении и излучении. Эти свойства делают его отличным хозяином для активных ионов, таких как Yb, Tm, Er и Ho, используемых в диодных насосных твердотельных лазерах. Плотность кристалла лютеция больше, чем у других металлов, таких как иттрий, что означает, что кристаллические свойства не меняются при добавлении допантных ионов. Он может быть особенно полезен для обнаружения и количественного определения частиц высокой энергии из-за своей плотности и тепловой стабильности. Эта высокая температура плавления, в дополнение к отсутствию лютеция, сделала этот кристалл менее распространенным, чем его соратники гранаты, несмотря на его благоприятные физические свойства. Масса иона лютеция ближе к лазерно-активным лантаноидам, которые используются для допирования, что означает, что теплопроводность не изменяется, как это было бы в других структурах граната при более высоких уровнях допирования. Кроме того, радиус кристалла лютеция ограничивает изменения, наблюдаемые в кристаллической структуре при присутствии допинга. Процесс роста LuAG относительно прост из-за его кристаллографической структуры и физико-химических свойств. Из-за теплостойкости материалов требуется аппарат для управления высоким питанием и температурами до 2500 ̊C. Гидротермический рост граната был зарегистрирован с 1960-х годов, и теперь был продемонстрирован для LuAG в качестве альтернативного метода традиционного метода плавления, используемого в прошлом. Этот метод позволяет выращивать кристаллы при более низких температурах, ограничивая термически индуцированные дефекты, которые приводят к появлению оптически бесполезных кристаллов. Этот метод использовался без использования семян LuAG из-за его недоступности и стоимости. Вместо этого, рост был выполнен с использованием кристаллов граната из итриевого алюминия с минимальным несоответствием решетки 0,6%. Для выращивания использовали порошковый оксид лютеция (III) и измельченный сапфир в виде сырья с помощью минерализатора бикарбоната калия 2M с температурным градиентом 610 640 ̊C.
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.
Приложения
Процесс лазирования с использованием кристаллов алюминиевого граната осуществляется атомами допанта, обычно редкоземельных металлов, которые занимают место нескольких атомов исходного металла в кристаллической структуре (в данном случае лютеция). Роль незамещенных атомов лютеция, алюминия и кислорода в качестве поддержки ионов допанта.