Niobato de litio

 
Niobato de litio

__ Li+     __ Nb5+     __ O2−
General
Fórmula molecular LiNbO3
Identificadores
Número CAS 12031-63-9[1]​
ChemSpider 10605804
PubChem 138395025 159404, 138395025
InChI=InChI=1S/Li.Nb.3O/q+1;+5;3*-2
Key: PSVBHJWAIYBPRO-UHFFFAOYSA-N
Propiedades físicas
Masa molar 147,90712651 g/mol
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El niobato de litio (LiNbO3) es una sal sintética compuesta de niobio, litio y oxígeno. Sus monocristales son un material importante para guías de ondas ópticas, teléfonos móviles, sensores piezoeléctricos, moduladores ópticos y otras aplicaciones ópticas lineales y no lineales.[2]​ El niobato de litio se conoce a veces con el nombre comercial de linobato.[3]​

Propiedades

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El niobato de litio es un sólido incoloro e insoluble en agua. Tiene un sistema cristalino trigonal, que carece de simetría de inversión y presenta ferroelectricidad, efecto Pockels, efecto piezoeléctrico, fotoelasticidad y polarizabilidad óptica no lineal. El niobato de litio presenta una birrefringencia uniaxial negativa que depende ligeramente de la estequiometría del cristal y de la temperatura. Es transparente para longitudes de onda comprendidas entre 350 y 5200 nanómetros.

El niobato de litio puede doparse con óxido de magnesio, que aumenta su resistencia al daño óptico (también conocido como daño fotorrefractivo) cuando se dopa por encima del umbral de daño óptico. Otros dopantes disponibles son hierro, zinc, hafnio, cobre, gadolinio, erbio, itrio, manganeso y boro.

Crecimiento

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Una oblea de niobato de litio monocristalina cortada en Z

Los monocristales de niobato de litio pueden crecer mediante el proceso Czochralski.[4]​

Una vez cultivado el cristal, se corta en obleas con diferentes orientaciones. Las orientaciones más comunes son corte en Z, corte en X, corte en Y y cortes con ángulos rotados de los ejes anteriores.[5]​

Películas delgadas

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Las láminas delgadas de niobato de litio (por ejemplo, para guías de ondas ópticas) pueden transferirse o cultivarse sobre zafiro y otros sustratos mediante el proceso Smart Cut (corte iónico)[6]​[7]​ o el proceso MOCVD.[8]​ Esta tecnología se conoce como niobato de litio sobre aislante (LNOI).[9]​

Nanopartículas

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Las nanopartículas de niobato de litio y pentóxido de niobio pueden producirse a baja temperatura.[10]​ El protocolo completo implica una reducción inducida por LiH de NbCl5 seguida de una oxidación espontánea in situ en nanoóxidos de niobio de baja valencia. Estos óxidos de niobio se exponen a una atmósfera de aire que da lugar a Nb2O5 puro. Finalmente, el Nb2O5 estable se convierte en nanopartículas de niobato de litio LiNbO3 durante la hidrólisis controlada del exceso de LiH.[11]​ Pueden prepararse nanopartículas esféricas de niobato de litio con un diámetro aproximado de 10 nm impregnando una matriz de sílice mesoporosa con una mezcla de una solución acuosa de LiNO3 y NH4NbO(C2O4)2 seguida de 10 min de calentamiento en un horno de infrarrojos.[12]​

Aplicaciones

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El niobato de litio se utiliza mucho en el mercado de las telecomunicaciones, por ejemplo en teléfonos móviles y moduladores ópticos.[13]​ Debido a su gran acoplamiento electromecánico, es el material preferido para los dispositivos de ondas acústicas superficiales. Para algunos usos puede sustituirse por tantalato de litio, LiTaO3. Otros usos son la duplicación de frecuencias láser, la óptica no lineal, las células de Pockels, los osciladores paramétricos ópticos, los dispositivos de conmutación Q para láseres, otros dispositivos acústico-ópticos, los conmutadores ópticos para frecuencias de gigahercios, etc. Es un material excelente para la fabricación de guías de ondas ópticas. También se utiliza en la fabricación de filtros ópticos espaciales de paso bajo (antialiasing).

En los últimos años, el niobato de litio está encontrando aplicaciones como una especie de pinzas electrostáticas, un enfoque conocido como pinzas optoelectrónicas, ya que el efecto requiere la excitación de la luz para producirse.[14]​[15]​ Este efecto permite la manipulación fina de partículas a escala micrométrica con gran flexibilidad, ya que la acción de pinzado se limita a la zona iluminada. El efecto se basa en los elevadísimos campos eléctricos generados durante la exposición a la luz (1-100 kV/cm) dentro del punto iluminado. Estos campos intensos también están encontrando aplicaciones en biofísica y biotecnología, ya que pueden influir en los organismos vivos de diversas formas.[16]​ Por ejemplo, se ha demostrado que el niobato de litio dopado con hierro y excitado con luz visible produce la muerte celular en cultivos de células tumorales.[17]​

Referencias

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  1. ↑ Número CAS
  2. ↑ Weis, R. S.; Gaylord, T. K. (1985). «Lithium Niobate: Summary of Physical Properties and Crystal Structure». Applied Physics A: Materials Science & Processing 37 (4): 191-203. Bibcode:1985ApPhA..37..191W. S2CID 97851423. doi:10.1007/BF00614817. 
  3. ↑ Staebler, D.L.; Amodei, J.J. (1972). «Thermally fixed holograms in LiNbO3». Ferroelectrics 3 (1): 107-113. Bibcode:1972Fer.....3..107S. S2CID 51674085. doi:10.1080/00150197208235297. , seen in Yeh, Pochi; Gu, Claire, eds. (1995). Landmark Papers On Photorefractive Nonlinear Optics. World Scientific. p. 182. ISBN 9789814502979. 
  4. ↑ Volk, Tatyana; Wohlecke, Manfred (2008). Lithium Niobate: Defects, Photorefraction and Ferroelectric Switching. Springer. pp. 1–9. ISBN 978-3-540-70765-3. doi:10.1007/978-3-540-70766-0. 
  5. ↑ Wong, K. K. (2002). Properties of Lithium Niobate. London, United Kingdom: INSPEC. p. 8. ISBN 0-85296-799-3. 
  6. ↑ Levy, M.; Osgood, R. M.; Liu, R.; Cross, L. E.; Cargill, G. S.; Kumar, A.; Bakhru, H. (19 de octubre de 1998). «Fabrication of single-crystal lithium niobate films by crystal ion slicing». Applied Physics Letters (en inglés) 73 (16): 2293-2295. Bibcode:1998ApPhL..73.2293L. ISSN 0003-6951. doi:10.1063/1.121801. 
  7. ↑ Lu, H.; Sadani, B.; Courjal, N.; Ulliac, G.; Smith, N.; Stenger, V.; Collet, M.; Baida, F. I. et al. (2012). «Optica Publishing Group». Optics Express 20 (3): 2974-2981. PMID 22330535. doi:10.1364/oe.20.002974. Consultado el 8 de julio de 2022. 
  8. ↑ Feigelson, R.S. (1996). «Epitaxial growth of lithium niobate thin films by the solid source MOCVD method». Journal of Crystal Growth 166 (1–4): 1-16. Bibcode:1996JCrGr.166....1F. doi:10.1016/0022-0248(95)00570-6. 
  9. ↑ Hu, Hui; Yang, Jin; Gui, Li; Sohler, Wolfgang (2012). «Lithium niobate-on-insulator (LNOI): Status and perspectives». Silicon Photonics and Photonic Integrated Circuits III 8431. pp. 84311D. S2CID 120452519. doi:10.1117/12.922401. 
  10. ↑ Grange, R.; Choi, J.W.; Hsieh, C.L.; Pu, Y.; Magrez, A.; Smajda, R.; Forro, L.; Psaltis, D. (2009). «Lithium niobate nanowires: synthesis, optical properties and manipulation». Applied Physics Letters 95 (14): 143105. Bibcode:2009ApPhL..95n3105G. doi:10.1063/1.3236777. Archivado desde el original el 14 de mayo de 2016. 
  11. ↑ Aufray M, Menuel S, Fort Y, Eschbach J, Rouxel D, Vincent B (2009). «New Synthesis of Nanosized Niobium Oxides and Lithium Niobate Particles and Their Characterization by XPS Analysis». Journal of Nanoscience and Nanotechnology 9 (8): 4780-4789. PMID 19928149. doi:10.1166/jnn.2009.1087. 
  12. ↑ Grigas, A; Kaskel, S (2011). «Synthesis of LiNbO3 nanoparticles in a mesoporous matrix». Beilstein Journal of Nanotechnology 2: 28-33. PMC 3045940. PMID 21977412. doi:10.3762/bjnano.2.3. 
  13. ↑ Toney, James (2015). Lithium Niobate Photonics. Artech House. ISBN 978-1-60807-923-0. 
  14. ↑ Carrascosa, M.; García-Cabañes, A.; Jubera, M.; Ramiro, J. B.; Agulló-López, F. (2015). «LiNbO3: A photovoltaic substrate for massive parallel manipulation and patterning of nano-objects». Applied Physics Reviews (AIP Publishing) 2 (4): 040605. Bibcode:2015ApPRv...2d0605C. ISSN 1931-9401. doi:10.1063/1.4929374. hdl:10486/669584. 
  15. ↑ García-Cabañes, Angel; Blázquez-Castro, Alfonso; Arizmendi, Luis; Agulló-López, Fernando; Carrascosa, Mercedes (30 de enero de 2018). «Recent Achievements on Photovoltaic Optoelectronic Tweezers Based on Lithium Niobate». Crystals (MDPI AG) 8 (2): 65. ISSN 2073-4352. doi:10.3390/cryst8020065. 
  16. ↑ Blázquez-Castro, A.; García-Cabañes, A.; Carrascosa, M. (2018). «Biological applications of ferroelectric materials». Applied Physics Reviews (AIP Publishing) 5 (4): 041101. Bibcode:2018ApPRv...5d1101B. ISSN 1931-9401. S2CID 139511670. arXiv:2109.00429. doi:10.1063/1.5044472. 
  17. ↑ Blázquez-Castro, Alfonso; Stockert, Juan C.; López-Arias, Begoña; Juarranz, Angeles; Agulló-López, Fernando; García-Cabañes, Angel; Carrascosa, Mercedes (2011). «Tumour cell death induced by the bulk photovoltaic effect of LiNbO3:Fe under visible light irradiation». Photochemical & Photobiological Sciences (Springer Science and Business Media LLC) 10 (6): 956-963. ISSN 1474-905X. PMID 21336376. doi:10.1039/c0pp00336k. 

Fuentes citadas

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Enlaces externos

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