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掺杂钨酸铅晶体生长及密度泛函理论计算

王佳  
【摘要】: 采用提拉法生长了两种不同[Pb]/[W]比(1.01,1.02)的PbWO4晶体、三种不同的氟掺杂浓度(150×10-6,250×10-6,400×10-6)的PbF2:PWO晶体,和与Nb(500×10-6): Mo(1000×10-6): PWO对比的La(500×10-6): PWO和La(500×10-6): Mo(1000×10-6): PWO晶体。研究掺杂对PbWO4晶体光学性能的影响。 紫外透射光谱结果表明:富铅PbWO4晶体、掺氟PbWO4晶体与纯PbWO4晶体的吸收边基本一致,而镧掺杂、镧钼双掺和铌钼双掺使晶体的吸收边发生不同程度的红移;Pb:W=1.02的晶体在420nm处的透过率好于Pb:W=1.01的晶体和纯的PbWO4晶体,镧掺杂、铌钼双掺以及氟掺入量增大使透过率增强,镧钼双掺对该处的透过率没有改善。 拉曼光谱证实晶体的结构为体心四方结构。Pb、La、Nb掺杂离子占据VPb,使得与Pb2+振动有关的谱线展宽并发生频移,Mo、F离子分别占据钨离子和氧离子的位置,使与WO24-基团外模振动有关的谱线展宽频移。 在XRD图谱中未出现新的衍射峰,但是峰的强度和位置发生了变化,说明掺杂改变了晶格参数:过量的铅占据VPb位置,使晶胞体积增大;铌离子占据铅离子位置,氟离子和钼离子分别占据氧离子和钨离子位置,使氟掺杂和铌钼双掺PWO晶体晶胞体积变小。 采用密度泛函理论的平面波赝势方法计算了纯钨酸铅晶体、氟掺杂PWO晶体和掺镧PWO晶体的能带结构、态密度和光学性质,与实际的测试结果进行了比较,研究二者的联系。计算结果表明,几种掺杂剂的掺入使晶体的能带结构、态密度和光学性能都发生了变化,通过Final energy确定了掺镧钨酸铅晶体中镧离子和铅空位的最佳占位。对比镧掺杂和纯PWO晶体的紫外光谱和吸收谱,两者可以相互说明。 富铅、镧掺杂和铌钼双掺可以提高晶体在420nm处的透过率,理论计算结果和实际结果可以相互验证。


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