В последнее время, много материаловедов прикладывают большие усилия для поиска подходящего полуорганического материала, обладающего высокой нелинейностью и способного синтезировать монокристаллы крупного размера, пригодные для изготовления оптических устройств.
Исследования органических и полуорганических нелинейных оптических материалов привлекают повышенное внимание, благодаря их высокой гибкости в молекулярном дизайне и высокой нелинейной оптической эффективности.
Недавно был изобретен полуорганический кристалл на основе аминокислот. Такие уникальные свойства этих аминокислот, как молекулярная хиральность, отсутствие сильно сопряженных связей и цвиттерионная природа, делают их идеальным кандидатом среди органических монокристаллов. L-Аргинин является незаменимой аминокислотой с основной боковой цепью и гидрофильным характером. Перхлорат L-аргинин, выделяющийся среди L-аргининовых комплексов, кристаллизуется в орторомбической кристаллической системе.
Механические и диэлектрические исследования показали, что кристалл перхлорат L-аргинина обладает анизотропными механическими свойствами по различным кристаллографическим направлениям и низкими значениями диэлектрической постоянной на высоких частотах. Низкое значение диэлектрической проницаемости перхлорат L-аргинина делает его инструментом для высокоскоростной электрооптической модуляции и указывает, что этот материал подходит для разработки нелинейно-оптических устройств.
Исследования роста и характеристики монокристаллов перхлорат L-аргинина были проведены уже многими исследователями, но пока что мало кто изучал влияние MnCl2 на электрические, тепловые и оптические свойства перхлорат L-аргинина. Результаты замещения и включения металлических легирующих веществ в различные монокристаллы с нелинейными оптическими свойствами уже были отмечены многими исследователями.
Как добавления различных веществ влияют на свойства кристаллов?
- Добавление магния в кристалл фосфата L-аргинина усиливает рост кристаллов и их диполярную прочность.
- SHG-эффективность трис-тиомочевины сульфата цинка повышается за счет легирования йодида калия.
- Допинг лития на кристаллах L-аланина повышает термическую стабильность, твердость и эффективность SHG основного кристалла.
- Добавление иона тербия в L-Гистидин гидрохлорид моногидрат показало, что легированный кристалл является потенциальным кандидатом для применения в радиационных детекторах.
- Ионы марганца, в основном состоянии, имеют наибольшее значение вращения, поэтому при добавлении MnCl2 могут произойти значительные изменения физико-химических свойств матрицы.
- Оптическая нелинейность широкополосного полупроводникового материала ZnO увеличивается при увеличении концентраций Mn.
Перхлорат L-аргинина представляет собой материал, оптическая прозрачность которого присутствует во всей его видимой области, поэтому его можно использовать для генерации в нелинейных оптических процессах. Можно легко оптимизировать условия его роста и оптимально подобрать физико-химические свойства путем добавления подходящих веществ.
Как получить кристалл?
Так как крупные монокристаллы Перхлорат L-аргинина имеют относительно высокий и положительный температурный коэффициент растворимости - их можно выращивать медленно охлаждая и испаряя (метод медленного испарения).
Чистые крупные монокристаллы Перхлорат L-аргинина синтезируются из L-аргинина реактивами AR-класса с добавлением соляной кислоты в эквимолярном соотношении. Поскольку MnCl2 распадается на ионы Mn2+ и Cl-, что важно для включения в исходный кристалл, легированные кристаллы получают путем добавления MnCl2 в насыщенный раствор перхлорат L-аргинина при температуре окружающей среды.
Маленькие кристаллы образуются в результате спонтанного самозарождения в течение недели.
Кристаллы хорошего качества со слегка коричневым цветом получают, увеличивая концентрации добавок в течение месяца. Затем, синтезированные кристаллы подвергаются дальнейшей очистке путем рекристаллизации. По мере увеличения доли добавок, кристалл перхлорат L-аргинина становится всё темнее и темнее.
Чистые и легированные MnCl2 монокристаллы перхлорат L-аргинина успешно могут быть выращены методом медленного испарения. А вот изменения в структуре чистых и легированных кристаллов перхлорат L-аргинина можно изучать методом порошковой рентгеновской дифракции.
На данный момент, учеными установлено, что параметры клеток практически одинаковы для чистых и легированных кристаллов. Диэлектрические свойства, такие как диэлектрическая проницаемость, потери и проводимость, увеличиваются за счет увеличения процентного содержания MnCl2. Электронная поляризуемость также повышается в легированном кристалле. Легированный кристалл термически менее устойчив по сравнению с исходным кристаллом.
Изменяя процентное содержание добавления MnCl2, можно легко настроить оптические и электрические свойства монокристаллов перхлорат L-аргинина и использовать их для оптических ограничителей в оптоэлектронной промышленности.
