Onlangs, een onderzoeksgroep van het Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics (SIOM) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) voerde een theoretische studie uit naar de oorsprong van Ti:saffierlaserkristal in bijna-ultraviolette en zichtbare gebieden met behulp van de op de eerste principes gebaseerde methode op dichtheidsfunctionaaltheorie. Gerelateerde onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in: Materialen Vandaag Communicatie .

Ti:saffier, ook bekend als Ti-gedoteerde α-Al ₂ O ₃ enkel kristal, is een zeer belangrijk laserkristalmateriaal. Momenteel, het is ook een van de belangrijkste materialen in een klasse van superintensieve, ultrasnel, en afstembare laserapparaten. Aangezien de lasereigenschappen ervan in 1982 werden gerapporteerd, de oorsprong van enkele verdachte absorptieverschijnselen in de optische absorptieband van Ti:saffier is een van de aandachtspunten en onderzoek geweest.

Volgens de golflengteverdeling, deze twijfelachtige absorptiebanden kunnen grofweg in drie regio's worden verdeeld:de nabij-ultraviolette absorptieband met een piek bij 390 nm, de zichtbare absorptieband met multi-piekconfiguratie en kleine oneffenheden, en de resterende infraroodabsorptieband overlapt met de laseremissieband.

In dit onderzoek, de onderzoekers voerden een systematisch theoretisch onderzoek uit naar het verdachte absorptiefenomeen van Ti:saffier in nabij-ultraviolette en zichtbare gebieden.

Door de analyse van de kristalstructuur van aluminiumoxide en de berekening van de elektronische en optische eigenschappen van de mogelijke enkelvoudige Ti-dopingdefectmodellen en Ti-ionenpaardefectmodellen in Ti:saffier, ze wezen erop dat wanneer er een Al-leegstand is in de buurt van de interstitiële Ti ₃ ⁺ , de tussenliggende Ti ₃ ⁺ komt door structurele versoepeling in de Al-leegstand, en tenslotte vormdefect gelijk aan de vervangende Ti ₃ ⁺ .

De transitie van de ladingsoverdracht van vervangende Ti ₃ ⁺ ion's 3d-elektron van Ti 3d-orbitaal naar Al 3s3p-orbitaal is de belangrijkste reden voor de bijna-ultraviolette absorptieband, en de berekende absorptiespectra komen goed overeen met de experimentele spectra.

Bovendien, de multi-piekconfiguratie en hobbels van de zichtbare absorptieband worden voornamelijk veroorzaakt door de bijdrage van het lijncontact Ti ₃ ⁺ -Ti ₃ ⁺ , face-contact Ti ₃ ⁺ -Ti ₃ ⁺ , en aanspreekpunt Ti ₄ ⁺ -Ti ₃ ⁺ ionen paren.

In aanvulling, de onderzoekers gaven een meer uitgebreid begrip van de multi-piekconfiguratie en hobbels van zichtbare absorptiebanden vanuit het perspectief van ligandveldtheorie en thermische activering.

Deze studie onthult niet alleen de oorsprong van de verdachte absorptiekenmerken in Ti-gedoteerde Al ₂ O ₃ kristal, maar biedt ook ideeën voor de studie van defecten en eigenschappen van soortgelijke met overgangsmetaalionen gedoteerde oxiden met korundstructuur.