ФОРМИРОВАНИЕ СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДОМЕННЫХ СТРУКТУР В КРИСТАЛЛАХ LiTaO3 МЕТОДОМ ПРЯМОЙ ЭЛЕКТРОННО–ЛУЧЕВОЙ ПЕРЕПОЛЯРИЗАЦИИ

The process of repolarization of a LiTaO3 crystal by e−beam lithography was studied. The process of fabrication of ferroelectric domains with domain width of 1 μm was demonstrated. It was shown that in the 127° Y¢-cut of a ferroelectric LiTaO3 crystal the ferroelectric domains is formed at the angle of 37° the crystal surface and growth along polar axis Z from negative surface to positive surface Z.Исследован процесс переполяризации сегнетоэлектрического кристалла LiTaO3 методом прямой электронно-лучевой литографии. Продемонстрирована возможность формирования доменной структуры с шириной доменнов ~1 мкм. Показано, что в 127° Y'-срезе кристалла LiTaO3 сегнетоэлектрические домены формируются под углом 37° к поверхности кристалла и растут от отрицательной поверхности к положительной вдоль полярной оси Z

АНИЗОТРОПИЯ МИКРОТВЕРДОСТИ КРИСТАЛЛОВ СЕМЕЙСТВА ЛАНГАСИТА

Microhardness of single crystals La3Ga5SiO14, La3Ta0.5Ga5.5O14, Ca3TaGa3Si2O14 family of lantanum gallium silicate of trigonal symmetry class of 32 space group P321 has been researched by Knoop method. Anisotropy of microhardness determined by the ability to bring the material under the indenter, which determines the value of microhardness on different planes and in different crystallographic directions in the plane. The technique of measuring the microhardness by Knupp method for semi−automatic hardness tester Tukon 2100B for single crystals of langasite family. Anisotropy of the I group of microhardness (microhardness polar dependence on indentor position relatively crystallography directions in the plane of measurement) on the crystallography planes (112−0), (011−0), (0001) has been founded. Anisotropy of microhardness in fragile crystals of langasite family determined by the possibility of mass transfer under the indenter due to the movement of interstitial atoms and vacancies of oxygen and gallium. Measurements have shown that microhardness on all investigated planes of CTGS single crystals, as base, and the prismatic lower than the respective planes of LGS and LGT single crystals; wherein in CTGS single crystals there is no anisotropy of microhardness microhardness as I, and II type. Polar dependence of the mechanical properties of langasite and langatate single crystals should be taken into account in the surface treatment technology and manufacturing techniques of piezo− and acoustoelements. Исследована микротвердость по методу Кнуппа монокристаллов La3Ga5SiO14 (ЛГС), La3Ta0,5Ga5,5O14 (ЛГТ), Ca3TaGa3Si2O14 (КТГС) семейства лантан−галлиевого силиката тригонального класса симметрии 32 пространственной группы Р321. Анизотропия микротвердости обусловлена возможностью выноса материала под индентором, что и определяет значение микротвердости на разных плоскостях и в разных кристаллографических направлениях на плоскости. Разработана методика измерения микротвердости по методу Кнуппа на полуавтоматическом микротвердомере Tukon 2100B для монокристаллов семейства лангасита. Обнаружена анизотропия микротвердости I рода (полярная зависимость микротвердости от положения индентора относительно кристаллографических направлений в плоскости измерения) на кристаллографических плоскостях (112−0), (011−0), (0001). Анизотропия микротвердости в хрупких кристаллах семейства лангасита определяется возможностью массопереноса под индентором за счет перемещения межузельных атомов и вакансий кислорода и галлия. Показано, что микротвердость на всех исследованных плоскостях монокристаллов КТГС (как на базисных, так и на призматических) ниже, чем на соответствующих плоскостях монокристаллов ЛГС и ЛГТ. При этом в монокристаллах КТГС отсутствует анизотропия микротвердости как I, так и II рода. Полярную зависимость механических свойств монокристаллов лангасита и лангатата необходимо учитывать в технологии обработки поверхности и в технологии изготовления пьезо− и акустоэлементов.

LiTaO3 — МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ ОПТО– И АКУСТОЭЛЕКТРОНИКИ

Results of application of a ferroelectric LiTaO3 crystal in opto− and acou toelectronics are presented. The large values of the piezoelectric constants in the LiTaO3 crystal are favorable for designing bulk acoustic wave resonators. The possibility of direct electron beam repolarization of LiTaO3 crystals was used for the fabrication of ferroelectric domain structures sizing from few nanometers to tenth micrometers. The regular domain structures in the LiTaO3 crystal were used as an optical diffraction grating and for the generation of second−harmonic optical radiation.Представлены результаты возможного применения сегнетоэлектрических кристаллов LiTaO3 в акусто− и опто-электронике. Высокие значения пьезоэлектрических констант позволяют создавать резонаторы на объемных акустических волнах. Возможность прямой электронно−лучевой переполяризации кристалла LiTaO3 позволяет формировать доменные структуры с шириной доменов от десятков нанометров до десятков микрометров. Периодические сегнетоэлектрические доменные структуры в кристалле LiTaO3 использованы в качестве оптической дифракционной решетки и для генерации второй гармоники оптического излучения

Влияние солегирования Ca2+ и Zr4+ на оптические характеристики монокристаллов Gd3Al2Ga3O12 : Ce

Scintillation materials that can convert absorbed high-energy particles into photons of visible radiation find many applications, in particular in modern methods of medical imaging. Gd3Al2Ga3O12 : Ce is promising single crystal for use as a detecting crystal element of the positron emission tomographs due to its unique properties: high density, high light output, radiation hardness, etc. However, its scintillation kinetics currently limit the use of this crystal. Changing of these kinetics by codoping becomes a priority task, which is considered in many papers. The literature data analysis showed that the optical characteristics of such codoped crystals were not well enough studied or were not investigated at all. In this regard, the spectral dependences of transmission, absorption and reflection are measured using optical spectroscopy for Gd3Al2Ga3O12:Ce, Gd3Al2Ga3O12 : Ce,Ca and Gd3Al2Ga3O12 : Ce,Zr. Dispersion dependences of refractive in dices are obtained by approximating the refractive indices measured using the Brewster method. The approximation was carried out using the Cauchy equation. The material constants of this equation are estimated.Сцинтилляционные материалы, способные преобразовывать поглощенные высокоэнергетические частицы в фотоны видимого излучения, находят множество областей применения, в частности в современных методах медицинской визуализации. Среди кислородсодержащих сцинтилляторов перспективным для использования в качестве детектирующего кристаллического элемента позитронно-эмиссионного томографа является Gd3Al2Ga3O12 : Ce за счет своих уникальных свойств: высокой плотности, высокого значения световыхода, радиационной стойкости и т. д. Однако его кинетические характеристики в настоящее время ограничивают использование кристалла для этих целей. Попытки изменения временных характеристик нарастания и спада люминесценции путем введения дополнительных примесей стали приоритетной задачей, которая рассматривается во многих работах. Анализ литературных данных показал, что оптические характеристики таких солегированных кристаллов исследованы недостаточно хорошо или вовсе не исследованы. В работе методами оптической спектроскопии в диапазоне длин волн 200—2200 нм исследованы кристаллы Gd3Al2Ga3O12 : Ce, солегированные Ca2+ и Zr4+. Измерены спектральные зависимости пропускания, поглощения и отражения, а также показатели преломления. Дисперсионные зависимости получены путем аппроксимации экспериментально измеренных показателей преломления методом Брюстера. Аппроксимацию проводили с использованием уравнения Коши. Оценены материальные константы этих уравнений для каждого из солегированных кристаллов

Оптические характеристики монокристаллического материала Gd3Al2Ga3O12 : Ce

Nowadays new high-energy emission detection technologies with use of materials doped with rare-earth activators appear. There is still a great need for the development of new inorganic scintillators for medical application in particular detection of X-rays and -grays. In this case, the scintillation materials must meet basic requirements: high optical quality, high light output, fast response time and et al. One of these materials is the scintillation crystal Gd3Al2Ga3O12 : Ce (GAGG : Ce) investigated in this work. Analysis of the literature data showed that the optical characteristics of Gd3Al2Ga3O12 : Ce have not been studied enough. Hence the GAGG : Ce optical parameters (spectral transmission and reflection) were measured by optical spectroscopy in the wavelength range 200—750 nm. We calculated values of the absorption and extinction coefficients, refractive indices and the optical band gap of the Gd3Al2Ga3O12 : Ce. We used two spectrophotometric methods to determine the values of the refractive index: Brewster angles (jB) and the reflection coefficients at a small incidence angle of light close to normal (R0). The obtained results were used to build dispersion dependences graphs of the refractive indices.В настоящее время появляются новые технологии детектирования высокоэнергетических излучений, для которых применяются материалы, легированные ионами редкоземельных элементов. Существует большая потребность в разработке новых неорганических сцинтилляторов для медицинского применения, в частности для детектирования рентгеновского и гамма-излучений. В этом случае сцинтилляционные материалы должны отвечать основным требованиям: высокое оптическое качество, высокое значение световыхода, быстрое время реагирования и др. К таким материалам относится сцинтилляционный кристалл Gd3Al2Ga3O12 : Ce (GAGG : Ce). На сегодняшний день оптические характеристики GAGG : Ce исследованы недостаточно. В связи с этим методом оптической спектроскопии в диапазоне длин волн 200—750 нм измерены спектральные зависимости пропускания и отражения таких кристаллов. Для кристаллов GAGG : Ce определены значения показателей поглощения и преломления, коэффициенты экстинкции, проведена оценка значения оптической ширины запрещенной зоны. Для определения значений показателей преломления использованы два спектрофотометрических метода: по измеренным углам Брюстера и по коэффициенту отражения при малом угле падения света, близком к нормальному. На основании полученных результатов построены дисперсионные зависимости показателей преломления.

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ АКУСТОЭЛЕКТРОНИКИ

Multicomponent piezoelectric crystals of langasite family were studied. The process of crystal growth and crystal structure were investigated. X−ray diffraction and topography were used to study the acoustic properties of crystals. The possibility of application of the piezoelectric crystals in high−temperature SAW−sensors was demonstrated.Представлены результаты исследования многокомпонентных пьезоэлектрических кристаллов группы лантангаллиевого силиката (лангасита). Изучены процессы синтеза и структура кристаллов. С использованием методов рентгеновской топографии и дифрактометрии исследованы акустические свойствакристаллов. Продемонстрирована возможность применения этих пьезоэлектрических кристаллов ввысокотемпературных сенсорных устройствах на поверхностных акустических волнах

First Results from the AMoRE-Pilot neutrinoless double beta decay experiment

The Advanced Molybdenum-based Rare process Experiment (AMoRE) aims to search for neutrinoless double beta decay (0$\nu\beta\beta$) of $^{100}$Mo with $\sim$100 kg of $^{100}$Mo-enriched molybdenum embedded in cryogenic detectors with a dual heat and light readout. At the current, pilot stage of the AMoRE project we employ six calcium molybdate crystals with a total mass of 1.9 kg, produced from $^{48}$Ca-depleted calcium and $^{100}$Mo-enriched molybdenum ($^{48\textrm{depl}}$Ca$^{100}$MoO$_4$). The simultaneous detection of heat(phonon) and scintillation (photon) signals is realized with high resolution metallic magnetic calorimeter sensors that operate at milli-Kelvin temperatures. This stage of the project is carried out in the Yangyang underground laboratory at a depth of 700 m. We report first results from the AMoRE-Pilot $0\nu\beta\beta$ search with a 111 kg$\cdot$d live exposure of $^{48\textrm{depl}}$Ca$^{100}$MoO$_4$ crystals. No evidence for $0\nu\beta\beta$ decay of $^{100}$Mo is found, and a upper limit is set for the half-life of 0$\nu\beta\beta$ of $^{100}$Mo of $T^{0\nu}_{1/2} > 9.5\times10^{22}$ y at 90% C.L.. This limit corresponds to an effective Majorana neutrino mass limit in the range $\langle m_{\beta\beta}\rangle\le(1.2-2.1)$ eV