Récemment, un groupe de recherche de l'Institut d'optique et de mécanique fine de Shanghai (SIOM) de l'Académie chinoise des sciences (CAS) a mené une étude théorique sur l'origine du Ti :cristal laser saphir dans les régions proches de l'ultraviolet et du visible en utilisant la méthode des premiers principes basée sur la théorie de la fonctionnelle de la densité. Des résultats de recherche connexes ont été publiés dans Matériaux Aujourd'hui Communications .

Ti :saphir, également connu sous le nom de α-Al dopé Ti 2 O 3 monocristal, est un matériau cristallin laser très important. Maintenant, c'est aussi l'un des matériaux clés dans une classe de super-intense, ultrarapide, et des dispositifs laser accordables. Depuis que les propriétés laser de celui-ci ont été signalées en 1982, l'origine de certains phénomènes d'absorption suspects dans la bande d'absorption optique du Ti :le saphir a été l'un des axes d'attention et de recherche.

Selon la distribution de longueur d'onde, ces bandes d'absorption discutables peuvent être grossièrement divisées en trois régions :la bande d'absorption proche ultraviolet avec un pic à 390 nm, la bande d'absorption visible avec configuration multi-pics et petites bosses, et la bande d'absorption infrarouge résiduelle chevauche la bande d'émission laser.

Dans cette étude, les chercheurs ont réalisé une étude théorique systématique sur le phénomène d'absorption suspecte du Ti :le saphir dans les régions proches de l'ultraviolet et du visible.

A travers l'analyse de la structure cristalline de l'alumine et le calcul des propriétés électroniques et optiques des possibles modèles de défauts de dopage Ti unique et des modèles de défauts de paires d'ions Ti dans Ti :saphir, ils ont souligné que lorsqu'il y a une vacance d'Al près de l'interstitiel Ti 3 ⁺ , le Ti interstitiel 3 ⁺ entrera dans la vacance Al par relaxation structurelle, et finalement le défaut de forme équivalent au Ti substitutionnel 3 ⁺ .

La transition de transfert de charge du Ti substitutionnel 3 ⁺ l'électron 3d de l'ion de l'orbitale Ti 3d à l'orbitale Al 3s3p est la principale raison de la bande d'absorption du proche ultraviolet, et les spectres d'absorption calculés sont en bon accord avec les spectres expérimentaux.

De plus, la configuration multi-pics et les bosses de la bande d'absorption visible sont principalement causées par la contribution du Ti de contact linéaire 3 ⁺ -Ti 3 ⁺ , face-contact Ti 3 ⁺ -Ti 3 ⁺ , et point de contact Ti 4 ⁺ -Ti 3 ⁺ paires d'ions.

En outre, les chercheurs ont fourni une compréhension plus complète de la configuration à pics multiples et des bosses des bandes d'absorption visibles du point de vue de la théorie des champs de ligand et de l'activation thermique.

Cette étude révèle non seulement l'origine des caractéristiques d'absorption suspectes dans l'Al dopé Ti 2 O 3 cristal mais fournit également des idées pour l'étude des défauts et des propriétés d'oxydes similaires dopés aux ions de métaux de transition ayant une structure de corindon.