60ª Reunião Anual da SBPC

INTRODUÇÃO:

Em 1937, Síllen identificou a fase gama do Bi₂O₃ que é cúbica de corpo centrado, com grupo espacial I23, mas metaestável. Porém pode ser estabilizada com composição do tipo Bi₁₂MO₂₀ com M = Si, Ge, Ti, etc., formando compostos conhecidos como sillenita. Cristais sillenita são atrativos do ponto de vista científico e tecnológico devido à atividade óptica, piezoeletricidade, efeito mgneto-óptico, fotocondutividade e efeito eletro-óptico. A combinação dos dois últimos resulta no efeito fotorrefrativo, que pode produzir uma modulação reversível do índice de refração do cristal, tornando-o adequado para armazenar informações holográficas. Dentre os cristais sillenita destacam-se o Bi₁₂TiO₂₀ (BTO), que possui atividade óptica sensivelmente inferior, coeficiente eletro-óptico maior e sensibilidade mais elevada para luz vermelha. Buscando estudar e, eventualmente, melhorar as propriedades fotorrefrativas de cristais de BTO, o Grupo de Cristalografia e Materiais do Instituto de Física da UFG(GCM-UFG) vem crescendo cristais com defeitos induzidos por dopagem com elementos como o térbio, nióbio, chumbo, cério, vanádio, gálio e, atualmente, zircônio. Neste trabalho apresentaremos os resultados da caracterização eletro-óptica de cristais de BTO dopados com térbio, nióbio e zircônio.

METODOLOGIA:

As medidas de coeficiente eletro-óptico foram realizadas em amostras de BTO dopadas com térbio, nióbio e zircônio, indicadas como BTO:Tb, BTO:Nb e BTO:Zr. Elas foram orientadas segundo a configuração eletro-óptica transversal e opticamente polidas nas faces para incidência de luz. Os eletrodos, na direção [-110], foram aplicados usando tinta prata. No BTO, o tensor eletro-óptico possui as seguintes componentes não nulas e iguais: r₄₁=r₅₂=r₆₃. Logo, basta calcular uma componente, no caso a r41. Para tal, dados referentes à elipticidade da luz que emerge do cristal são medidos para diferentes valores de campo elétrico e ângulos de polarização da luz incidente (θ e θ+π/4), seguindo método proposto por Henry. Os resultados foram calculados com a média de cinco varreduras com tensões variando entre 0V e 1600V e laser de He-Ne com comprimento de onda de 632,8nm. Já para as medidas de fotocorrente, foram utilizadas lâminas de amostras de cristais de BTO puro e dopados com Zircônia das quais foram colhidos dados de corrente elétrica em varreduras de 800nm a 400nm, aplicando-se tensão de 100V, entre eletrodos aplicados na superfície do cristal e separados por 1mm.

RESULTADOS:

Os resultados mostram que o térbio não altera o coeficiente eletro-óptico do cristal dopado (r_{41_BTO:Tb}=5,3±0,1 pm/V). O nióbio e o zircônio produzem apenas uma alteração muito pequena, r_{41_BTO:Nb}=5,7±0.1 pm/V e r_{41_BTO:Zr}=5,0±0.1 pm/V. O mecanismo de alteração das características eletro-ópticas destes cristais por dopantes ainda não é clara. Entretanto, estes resultados podem auxiliar no entendimento dos mecanismos responsáveis por este comportamento. Os resultados das medidas de fotocondutividade em cristais de BTO puro(amostra BTO-8) e de BTO dopado com Zr foram normalizados em relação à intensidade luminosa e das dimensões do cristal para efeito de comparação. A partir deles pode-se observar um deslocamento da curva de fotocorrente do BTO:Zr em direção a energias maiores, sugerindo uma diminuição na fotossensibilidade do cristal. Medidas adicionais para caracterização óptica do BTO:Zr encontram-se em andamento.

CONCLUSÕES:

Verificamos neste trabalho que o defeito induzido na rede cristalina do BTO pelo térbio não influencia seu comportamento eletro-óptico; enquanto que a dopagem com nióbio produz pequeno aumento no coeficiente eletro-óptico e o zircônio é responsável por um decréscimo em seu valor. Mas em todos os casos, a mudança do coeficiente eletro-óptico é pouco significativa. A dopagem com zircônia, por outro lado, modifica o perfil da curva de fotocorrente, sugerindo uma diminuição da fotossensibilidade do cristal.

Instituição de fomento: CNPq, FUNAPE

Trabalho de Iniciação Científica

Palavras-chave: Cristais fotorrefrativos, Coeficiente eletro-óptico, Fotocondutividade

E-mail para contato: thimaral@gmail.com